构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制

薛翼程; 张哲任; 徐政; 黄莹

doi:10.7500/AEPS20230128007

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构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制
- Impact Analysis and Damping Control of Grid-forming Converter for Low-frequency Oscillation of AC System
- 电力系统自动化 2023年47卷第16期页码：103-113
- 作者机构：
  
  浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  薛翼程(1995—)，男，博士研究生，主要研究方向：新能源并网系统建模、稳定性分析及控制。E-mail：xyc995@zju.edu.cn
  张哲任(1988—)，男，通信作者，博士，特聘副研究员，主要研究方向：直流输电与柔性交流输电。E-mail：zhangzheren@zju.edu.cn
  徐政(1962—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：大规模交直流电力系统分析、直流输电与柔性交流输电、电力谐波与电能质量、风力发电技术与风电场并网技术。E-mail：xuzheng007@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  中国南方电网有限责任公司科技项目(GDKJXM20212057)
- DOI：10.7500/AEPS20230128007
  中图分类号：
- 收稿：2023-01-28，
  
  修回：2023-05-11，
  
  网络出版：2023-07-17，
  
  纸质出版：2023-08-25
- 稿件说明：
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薛翼程,张哲任,徐政等.构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制[J].电力系统自动化,2023,47(16):103-113.

XUE Yicheng,ZHANG Zheren,XU Zheng,et al.Impact Analysis and Damping Control of Grid-forming Converter for Low-frequency Oscillation of AC System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):103-113.
薛翼程,张哲任,徐政等.构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制[J].电力系统自动化,2023,47(16):103-113. DOI： 10.7500/AEPS20230128007.

XUE Yicheng,ZHANG Zheren,XU Zheng,et al.Impact Analysis and Damping Control of Grid-forming Converter for Low-frequency Oscillation of AC System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):103-113. DOI： 10.7500/AEPS20230128007.

摘要

构网型变流器的控制环会影响交流系统的低频振荡模态，并且不同构网型控制策略的影响机理差异明显。为了研究不同构网型控制策略对交流系统低频振荡的影响，文中针对模块化多电平变流器，建立了同步机并联构网型变流器供电系统的阻尼转矩分析模型。基于此模型，对比分析了采用虚拟同步机控制、下垂控制和幅相控制的变流器典型控制回路对系统阻尼转矩分量的影响，并利用频率响应法揭示了主导控制环引发振荡失稳的机理。最后，利用所提模型研究了构网型变流器的关键控制回路改造方案，以提升系统阻尼。基于PSCAD/EMTDC开展电磁暂态仿真，验证了所提模型在机理分析和阻尼控制设计方面的有效性。

Abstract

The control loops of grid-forming (GFM) converters affect the low-frequency oscillation (LFO) mode of the AC system

and the influence mechanism of different GFM control strategies are obviously different. Focusing on the modular multilevel converters (MMCs)

this paper establishes a damping torque analysis model for the paralleled system with synchronous generators and GFM converters

to study the impact of different GFM control strategies on the LFO of AC systems. Based on the model

this paper studies the influence of typical control loops of the converters using virtual synchronous generator (VSG) control

droop control

and magnitude-phase control on the damping torque component of the system. Meanwhile

the oscillation instability mechanism induced by the dominant control loops is explained by using the frequency response method. Finally

the modification method for the critical loop of GFM converters is analyzed by using the proposed model for system damping improvement. The electromagnetic transient simulation is performed in PSCAD/EMTDC to verify the effectiveness of the proposed model in theoretical analysis and the damping control design.

关键词

Keywords

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