计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算

郑涛; 马英; 陈云飞; 孟令昆

doi:10.7500/AEPS20240318011

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计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算
- Transient Current Analytic Calculation for Virtual Synchronous Generator with Asymmetric Short Circuit Considering Influence of Internal Potential Change
- 电力系统自动化 2024年48卷第19期页码：162-170
- 作者机构：
  
  新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  郑涛(1975—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统保护与控制。E-mail：zhengtao_sf@126.com
  马英(2000—)，女，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：482711997@qq.com
  陈云飞(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：3369354137@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金联合基金资助项目(U2166205)
- DOI：10.7500/AEPS20240318011
  中图分类号：
- 收稿：2024-03-18，
  
  修回：2024-05-29，
  
  网络出版：2024-08-08，
  
  纸质出版：2024-10-10
- 稿件说明：
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郑涛,马英,陈云飞等.计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算[J].电力系统自动化,2024,48(19):162-170.

ZHENG Tao,MA Ying,CHEN Yunfei,et al.Transient Current Analytic Calculation for Virtual Synchronous Generator with Asymmetric Short Circuit Considering Influence of Internal Potential Change[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(19):162-170.
郑涛,马英,陈云飞等.计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算[J].电力系统自动化,2024,48(19):162-170. DOI： 10.7500/AEPS20240318011.

ZHENG Tao,MA Ying,CHEN Yunfei,et al.Transient Current Analytic Calculation for Virtual Synchronous Generator with Asymmetric Short Circuit Considering Influence of Internal Potential Change[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(19):162-170. DOI： 10.7500/AEPS20240318011.

摘要

虚拟同步发电机(VSG)控制策略的复杂性使其呈现丰富的暂态特征，明确VSG故障特性对构网型保护适应性分析与新原理研究意义重大。现有关于VSG故障特性的研究主要围绕对称短路和内电势恒定展开，并未涉及不对称短路场景且未计及内电势变化对短路电流解析计算的影响。针对上述问题，提出一种计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算方法。首先，基于不对称短路时平衡电流和故障限流控制策略，分析不同无功功率参考值影响下VSG内电势的变化特征；其次，基于虚拟阻抗环建立短路电流和内电势之间的方程，明晰内电势变化对短路电流暂态特性的影响；然后，在分析无功功率-电压环动态特性的基础上，建立短路电流和内电势之间的微分方程，通过联立上述方程即可得到内电势和短路电流的解析表达式；最后，通过数字仿真和实时仿真验证了所推导的解析计算式的正确性。

Abstract

The complexity of the control strategy of the virtual synchronous generator (VSG) makes it present rich transient characteristics. Clarifying the fault characteristics of VSG is of great significance for the adaptability analysis and the new principle study of grid-forming protection. Existing studies on VSG fault characteristics mainly focus on symmetric short circuit and constant internal potential

but do not involve asymmetric short-circuit scenarios and do not take into account the effect of internal potential change on the analytical calculation of the short-circuit current. To address the above problems

this paper proposes a transient current analytic calculation method for the VSG with asymmetric short circuit considering the influence of the internal potential change. Firstly

based on the balancing current and fault current limiting control strategy during the asymmetric short circuit

the characteristics of the internal potential of VSG under the influence of different reactive power reference values are analyzed. Secondly

the equation between the short-circuit current and the internal potential is established based on the virtual impedance loop so as to clarify the influence of the internal potential change on the transient characteristics of the short-circuit current. Then

the differential equations between the short-circuit current and the internal potential are established based on the analysis of the dynamic characteristics of the reactive power-voltage loop. Thirdly

the analytical expressions of the internal potential and the short-circuit current can be obtained by associating the above equations. Finally

the correctness of the derived analytical formula is verified by digital simulation and real-time simulation.

关键词

Keywords

references

胡汉舟 . 能源供应稳定增长能源消费增速加快［N］. 中国信息报， 2023-10-23 （1）.

HU Hanzhou . Stable growth of energy supply and accelerated growth of energy consumption ［N］. China Information News ， 2023-10-23 （1）.

曹炜，钦焕乘，陆建忠，等 . 新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

CAO Wei ， QIN Huancheng ， LU Jianzhong ， et al . Orientation and application prospect of virtual synchronous generator in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

刘欣，郭志博，贾焦心，等 . 基于序阻抗的虚拟同步发电机并网稳定性分析及虚拟阻抗设计［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 15 ）： 4130 - 4146 .

LIU Xin ， GUO Zhibo ， JIA Jiaoxin ， et al . Stability analysis and virtual impedance design of virtual synchronous machine based on sequence impedance ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 15 ）： 4130 - 4146 .

魏译帆，邢建春 . 基于虚拟同步发电机双模式切换的柴储微电网无差调频控制策略［J］. 电气技术， 2022 ， 23 （ 11 ）： 13 - 20 .

WEI Yifan ， XING Jianchun . Zero-error frequency modulation strategy for diesel storage microgrid based on virtual synchronous generator dual-mode switching ［J］. Electrical Engineering ， 2022 ， 23 （ 11 ）： 13 - 20 .

熊小玲，李昕悦，周琰，等 . 基于陷波器的构网型换流器同步频率谐振抑制策略［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 12 ）： 3827 - 3839 .

XIONG Xiaoling ， LI Xinyue ， ZHOU Yan ， et al . Synchronous frequency resonance suppression of grid-forming converter based on Notch filter ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 12 ）： 3827 - 3839 .

SHUAI Z K ， SHEN C ， YIN X ， et al . Fault analysis of inverter-interfaced distributed generators with different control schemes ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 1223 - 1235 .

SHUAI Z K ， HUANG W ， SHEN C ， et al . Characteristics and restraining method of fast transient inrush fault currents in synchronverters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2017 ， 64 （ 9 ）： 7487 - 7497 .

赵慧敏 . 下垂控制逆变器并联系统故障特性分析与控制［D］. 长沙：湖南大学， 2019 .

ZHAO Huimin . Fault characteristics analysis and control of droop-controlled inverter operated in parallel ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2019 .

刘航，王跃，刘永慧，等 . 基于定量设计虚拟阻抗的VSG低电压穿越策略［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 1 ）： 245 - 256 .

LIU Hang ， WANG Yue ， LIU Yonghui ， et al . The LVRT strategy for VSG based on the quantitatively designed virtual impedance ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 1 ）： 245 - 256 .

胡海林，万晓凤，丁小华，等 . 分布式虚拟同步发电机改进低电压穿越控制技术［J］. 电机与控制学报， 2020 ， 24 （ 1 ）： 145 - 155 .

HU Hailin ， WAN Xiaofeng ， DING Xiaohua ， et al . Improved low voltage ride-through control strategy for distributed virtual synchronous generator ［J］. Electric Machines and Control ， 2020 ， 24 （ 1 ）： 145 - 155 .

尚磊，胡家兵，袁小明，等 . 电网对称故障下虚拟同步发电机建模与改进控制［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 403 - 412 .

SHANG Lei ， HU Jiabing ， YUAN Xiaoming ， et al . Modeling and improved control of virtual synchronous generators under symmetrical faults of grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 403 - 412 .

郑涛，王子鸣，邹芃蓥，等 . 电网对称短路故障时虚拟同步机电流解析计算及影响因素分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 4 ）： 1460 - 1475 .

ZHENG Tao ， WANG Ziming ， ZOU Pengying ， et al . Fault current calculation and influencing factors anslysis of virtual synchronous generator under symmetrical short circuit fault ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 1460 - 1475 .

何安然，侯凯，王小红，等 . 不对称条件下的储能虚拟同步发电机低电压穿越控制技术［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 10 ）： 122 - 127 .

HE Anran ， HOU Kai ， WANG Xiaohong ， et al . A low voltage ride through control technique for energy storage virtual synchronous generator under asymmetric condition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 10 ）： 122 - 127 .

郭岩，郑天文，司杨，等 . 基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 108 - 113 .

GUO Yan ， ZHENG Tianwen ， SI Yang ， et al . Current balance and peak current control of virtual synchronous generator based on dynamic voltage compensation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 108 - 113 .

高怀正，李华，常兴，等 . 电压跌落下虚拟同步发电机故障穿越控制［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 17 ）： 39 - 46 .

GAO Huaizheng ， LI Hua ， CHANG Xing ， et al . Fault ride-through of virtual synchronous generator under voltage drop ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 17 ）： 39 - 46 .

王辉，王艺霏，王姗姗，等 . 基于动态电压指令值变化的双馈异步风力发电系统高低电压穿越控制策略［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 9 ）： 3680 - 3688 .

WANG Hui ， WANG Yifei ， WANG Shanshan ， et al . High-and low-voltage ride-through control strategy for DFIG wind power system based on variable dynamic voltage command value ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 9 ）： 3680 - 3688 .

王光宇，付立军，胡祺，等 . 计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 177 - 184 .

WANG Guangyu ， FU Lijun ， HU Qi ， et al . Analysis and control of low-frequency oscillation damping of virtual synchronous generator considering influence of voltage loop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 177 - 184 .

刘辉，高舜安，孙大卫，等 . 光伏虚拟同步发电机并网小信号稳定性分析［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 2 ）： 417 - 424 .

LIU Hui ， GAO Shun’an ， SUN Dawei ， et al . Small signal stability analysis of grid-connected photovoltaic virtual synchronous generators ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 417 - 424 .

孙军，蒋天龙，王仰铭，等 . 不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 135 - 144 .

SUN Jun ， JIANG Tianlong ， WANG Yangming ， et al . Optimization strategy of virtual synchronous generator control for doubly-fed induction generator in unbalanced power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 135 - 144 .

曹元峥 . 基于虚拟同步发电机的微电网逆变器控制策略研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2017 .

CAO Yuanzheng . Research on control strategy of microgrid inverter based on virtual synchronous generator ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2017 .

风力发电机组故障电压穿越能力测试规程： GB/T 36995—2018 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2019 .

Wind turbines—test procedure of voltage fault ride through capability ： GB/T 36995—2018 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2019 .

于鸿儒 . 虚拟同步机并网系统功率振荡分析与抑制方法研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2021 .

YU Hongru . Research on power oscillation analysis and suppression method of virtual synchronous generator grid-connected system ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2021 .

孔祥平，张哲，尹项根，等 . 含逆变型分布式电源的电网故障电流特性与故障分析方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 34 ）： 65 - 74 .

KONG Xiangping ， ZHANG Zhe ， YIN Xianggen ， et al . Study on fault current characteristics and fault analysis method of power grid with inverter interfaced distributed generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 34 ）： 65 - 74 .

姜卫同，胡鹏飞，尹瑞，等 . 基于虚拟同步机的变流器暂态稳定分析及混合同步控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 124 - 133 .

JIANG Weitong ， HU Pengfei ， YIN Rui ， et al . Transient stability analysis and hybrid synchronization control strategy of converter based on virtual synchronous generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 124 - 133 .

贾科，刘浅，杨彬，等 . 计及锁相环动态特性的逆变电源故障暂态电流解析［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 11 ）： 4242 - 4251 .

JIA Ke ， LIU Qian ， YANG Bin ， et al . Transient fault current analysis of the inverter-interfaced renewable energy sources considering the dynamic characteristics of the phase-locked loop ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 4242 - 4251 .

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