弱电网下VSG输出阻抗建模与致稳控制策略

本文主要研究的是虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）在弱电网条件下的输出阻抗建模及其对系统交互稳定性的影响。随着可再生能源的发展，如风力和光伏，电力电子变流器的控制策略如电网电压定向的矢量控制变得越来越重要。然而，这种控制方式在电网功率失衡时缺乏惯量支持，限制了可再生能源的接入比例。 VSG作为一种新型控制策略，通过引入模拟同步发电机机械特性的参数，如励磁常数、惯量和阻尼系数，能够在无需外部同步机制的情况下为电网提供惯量支持。文献[9-14]已经探讨了VSG的虚拟阻抗控制和参数设计，尤其是在强电网环境下，这些方法显著改善了系统的性能。然而，本文的焦点在于将VSG应用于更现实的弱电网场景。 在弱电网下，VSG与电网的互联系统交互稳定性成为一个关键问题。作者构建了一种dq旋转坐标系下的VSG输出阻抗模型，这个模型考虑了主电路参数和控制参数的影响，并推导出了其解析表达式。通过分析这个阻抗的频率特性，发现VSG在弱电网下容易失去稳定性。为了改善这种情况，作者利用广义奈奎斯特判据，研究了电网强度和功率环控制参数对VSG稳定性的影响。 基于这些理论，文章提出了一种基于增大有功环参数的致稳控制方法，旨在增强VSG在弱电网下的适应性。这种方法有效地应对了电网功率波动，增强了系统的稳定性。作者使用硬件在环仿真平台RTDS进行了仿真验证，结果证实了理论分析的有效性。 本文的工作填补了VSG在弱电网条件下输出阻抗建模和交互稳定性研究的空白，为提高VSG在实际电网应用中的性能提供了理论支持，对于可再生能源的大规模接入和电网稳定性优化具有重要意义。