上海交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (7): 971-982.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.416
任先成1,2, 李尚志3(), 李英彪3, 胡家兵3, 徐泰山1,2, 鲍颜红1,2, 吴峰1,2
收稿日期:
2023-08-24
修回日期:
2023-10-19
接受日期:
2023-12-15
出版日期:
2025-07-28
发布日期:
2025-07-22
通讯作者:
李尚志
E-mail:szli@hust.edu.cn
作者简介:
任先成(1980—),高级工程师,从事新能源并网安全稳定分析与控制研究.
基金资助:
REN Xiancheng1,2, LI Shangzhi3(), LI Yingbiao3, HU Jiabing3, XU Taishan1,2, BAO Yanhong1,2, WU Feng1,2
Received:
2023-08-24
Revised:
2023-10-19
Accepted:
2023-12-15
Online:
2025-07-28
Published:
2025-07-22
Contact:
LI Shangzhi
E-mail:szli@hust.edu.cn
摘要:
新能源发电设备对电网的支撑能力需得到提升,因此构网型控制受到广泛关注,其中虚拟同步发电机(VSG)已成为研究前沿,并在工程领域中得到示范应用.以VSG作为同步环节的电压源型变换器(VSC)根据控制结构有无电流环分为电压电流双环控制和直接电压控制,控制结构的差异对暂态特性具有较大影响.为研究两种构网型VSC暂态特性的差异,基于“功率激励-内电势响应”关系模型分别建立其暂态模型,对比分析内电势形成机制和暂态特征.VSG模拟同步机运行特性,故在机电尺度下解析得到VSC的等效惯量和等效阻尼,并对比分析其暂态特性.结果表明:直接电压控制VSC的等效惯量和阻尼为常数,电压电流双环控制VSC的等效惯量和阻尼具有时变特征,且数值上小于直接电压控制.最后,通过电磁暂态仿真验证了理论分析的正确性.
中图分类号:
任先成, 李尚志, 李英彪, 胡家兵, 徐泰山, 鲍颜红, 吴峰. 有和无电流环控制构网型VSC暂态建模与特性对比分析[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(7): 971-982.
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表1
两种构网型VSC内电势形成机制对比
电压电流双环控制VSC | 直接电压控制VSC | |
---|---|---|
时间尺度特征 | 有功和无功输入经由电压环、电流环、交叉解耦项ωLfigd和ωLfigq等环节生成θV和内电势幅值E,内电势幅值和相位均呈现交流电流、直流电压、机电3个时间尺度特征 | 内电势幅值直接由端电压控制生成,仅呈现直流电压尺度特征;内电势相位等于VSG输出相角θVSG,仅呈现机电尺度特征 |
非线性特征 | 由于电压电流等效替代和直角坐标-极坐标变换环节的存在,所以内电势幅值、相位与有功、无功功率输入呈现非线性关系 | 端电压幅值等效替代使得内电势幅值与有功、无功功率输入呈现非线性关系,而内电势相位由有功功率线性驱动 |
耦合特征 | 极坐标变换环节使得内电势幅值和相位形成耦合关系,内电势幅值和相位动态相互影响 | 内电势幅值直接由端电压控制生成,内电势相位受有功功率驱动,幅值和相位解耦 |
表2
系统参数
参数 | 取值 | 参数 | 取值 |
---|---|---|---|
VSC1滤波电感, | 0.006 | VSC2滤波电感, | 0.008 |
变压器1电感, | 0.009 | 变压器2电感, | 0.01 |
线路单位长度电阻, | 0.0001 | 线路单位长度电感, | 0.001 |
线路单位长度电容, | 0.00175 | 线路长度/km | 110 |
有功负荷1,PLoad1/MW | 967 | 无功负荷1,QLoad1/Mvar | 100 |
有功负荷2,PLoad2/MW | 1467 | 无功负荷2,QLoad2/Mvar | 100 |
无功补偿1,QC1/Mvar | 200 | 无功补偿2,QC2/Mvar | 200 |
接地电阻, | 0.01 | 接地电感, | 0.1 |
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