基于虛擬同步發電機控制的VSC類同調等值方法

李承昱　許建中　趙成勇　劉　煒（新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學） 北京　102206）

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基于虛擬同步發電機控制的VSC類同調等值方法

李承昱許建中趙成勇劉煒
（新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學） 北京102206）

針對含有采用虛擬同步發電機控制（VSG）策略的電壓源型換流器（VSC）的電網，開展其局部的電磁暫態仿真等值方法研究。分析了VSC具有同步發電機特性后的功角特性在電網等值中的可行性。類比交流同調性判別的方法，設計了適合于VSC的類同調判據，提出了基于虛擬同步發電機控制的VSC參數聚合方法。在PSCAD/EMTDC仿真環境下搭建了基于虛擬同步發電機控制的VSC并聯運行模型，劃分了內部區域和外部區域。基于系統在單相接地故障擾動下各VSC的虛擬功角曲線，判斷了其類同調性，劃分了不同的類同調VSC群，并分別進行了參數聚合。最后對比了等值前、后的外部區域對內部區域的輸出有功、無功曲線，誤差分析結果表明等值前、后VSC群的潮流基本不變，從而驗證了所提基于虛擬同步控制的VSC群類同調等值方法的正確性和有效性。

虛擬同步發電機VSC等值同調等值參數聚合

0　引言

隨著化石燃料的逐漸枯竭，太陽能、風能等新能源的開發和利用越來越受到關注。一方面，新能源接逆變器并網，使得電網電力電子化，從而導致系統的慣量越來越小，而且這些新能源具有分散性和波動性，實現分布式能源平滑并網對逆變器控制提出了要求［1-3］。另一方面，隨著大量逆變器接入電網，系統變得復雜，單純依靠換流器提速模型［4］，不能應對超大規模含有逆變器電網的電磁暫態仿真需求。進行局部電網的VSC等值研究具有重要的理論和實際價值。

虛擬同步發電機（Virtual Synchronous Generator，VSG）控制是基于同步發電思想的新型的電壓源型換流器（Voltage Source Converter，VSC）控制方法，具有很多傳統VSC控制不具有的優勢，應用場景廣泛。它的提出使新能源并網逆變器具有了類似發電機外特性的性質，解決了傳統VSC逆變器運行時輸出阻抗小、阻尼小、無慣性等問題，提高了系統的穩定性［5］。文獻［6］將這種能夠模擬同步發電機的逆變器稱為同步逆變器（synchronverter），該逆變器既可以并網工作，也可以單獨工作，或者在沒有外部通信的情況下并行工作。文獻［7，8］優化了VSG控制的慣性參數和阻尼參數，并分析了VSG作為微電網中的微電源并網逆變器的優勢。同步逆變器不僅能夠用于太陽能［9］、風能等分布式發電［10-11］，還可以用于高壓直流輸電［12］、不間斷電源并行運行等領域。另外，由于同步逆變器對電網可體現同步發電機特性，因此，一些用于同步發電機的經典控制策略也可以結合到同步逆變器控制中，以求可以達到更好的控制效果，一些經典的傳統電網的分析方法便可用來分析這些含新能源并網的電力系統。由于VSG在新能源并網的諸多優勢，可以預見其將成為新能源并網逆變器的主要控制方式之一［13，14］。

為了研究復雜系統安全穩定性和設計控制與保護方案，仿真分析必不可少。提高電磁暫態仿真效率，減小計算機計算負擔，需要對復雜系統進行局部的等值簡化。傳統交流大電網系統中，同步發電機的動態等值研究已有很多，基于同調性的發電機動態等值與參數聚合得到了較廣泛的應用［15-20］。隨著電網中VSC逆變器的增多，VSC也將面臨需要等值的問題。由于電網中VSC電磁暫態過程迅速，同調VSC判別困難，現有對VSC等值的研究幾乎沒有。僅有文獻［21］通過微分幾何理論，將功角同調的理論進行了拓展，提出了基于VSC的廣義同調理論的概念。但文獻［21］中所述的同調判斷物理意義不直觀，并且未對VSC參數聚合方法詳細說明。

本文針對基于虛擬同步發電機控制的VSC，研究了電磁暫態仿真中逆變VSC的等值方法。介紹了虛擬同步發電機基本控制方式，結合交流系統中同步發電機的同調判別方法，提出了適合基于VSG控制的VSC類同調判據，基于同步發電機的轉子運動方程機械特性，提出了類同調VSC控制參數和電路參數聚合方法。在PSCAD/EMTDC仿真環境下搭建了多臺并聯運行的基于VSG控制的VSC，觀察了其同步發電機特性，并按照本文所提出的等值方法對其進行了類同調判別與參數聚合，對比了等值VSC群與原VSC群的運行效果與仿真效率。驗證了所提等值方法的可靠性。

1　基于VSG控制的VSC結構和控制系統

1.1VSC與同步發電機機電模型的對應結構

典型的新能源并網逆變器拓撲結構如圖1所示，逆變VSC經過LC濾波器之后與電網相聯。圖中虛線箭頭也展示了虛擬發電機轉矩與VSC拓撲結構的聯系。VSG控制是利用同步發電機調節方式控制逆變器，使逆變VSC對外表現出同步發電機的特性。為了更好地說明本文研究的VSC等值方法的重點，下面將簡單闡述虛擬同步發電機控制的基本原理［6］。

圖1　VSC一般拓撲Fig.1　General VSC topology

1.2電磁部分模型

為了既滿足電力系統分析的需要又不至于使控制器設計復雜，需要對同步發電機模型進行簡化。假設采用的同步發電機模型轉子為圓形，如圖2所示。該同步發電機模型無阻尼繞組，每相有1對磁極，鐵心沒有飽和效應。定子三相繞組結構為相同的集中線圈，旋轉對稱，空間相隔120°電角度，其自感系數為L，互感系數為M，線圈阻抗為Rs。

圖2　理想三相隱極同步發電機結構Fig.2　Structure of an idealized three-phase round-rotor SG

令Ls=L+M，則同步發電機機端電壓v= ［vavbvc］T，可表示為

式中，e為同步發電機的三相感應電動勢矢量，e= ［eaebec］T；i為發電機定子相電流矢量，i= ［iaibic］T。假設發電機勵磁電流恒定，可以得到發電機感應電動勢為

式中，Mf為定子繞組與轉子繞組間的互感系數；if為勵磁電流；ω為發電機轉速。

式（1）是發電機機端的表達式，聯系圖1的VSC結構，當改變式中各參數的定義，使得同步發電機的同步電感Ls與并網VSC的輸出濾波電感Ls對應，同步發電機的同步電阻Rs與濾波電感和功率器件的等效電阻Rs對應，同步發電機的感應電動勢e與VSC出口處電壓輸出電壓e對應。可以發現它又與VSC輸出的電壓v表達式相同。這樣就建立了VSC與同步發電機輸出電壓之間的聯系。

1.3機械部分模型

同步發電機轉矩方程可表示為

式中，J為轉子轉動慣量；Tm為機械轉矩；Te為電磁轉矩；ω為發電機機械角速度；ω0為同步角速度；本文中虛擬發電機為1對極，故機械角速度等于電角速度；Dp為阻尼系數。電磁轉矩Te可表示為

逆變VSC的直流側電源為VSC提供能量，將其看作是虛擬原動機，并為VSC提供機械能。機械轉矩結合1.2節所提的電磁部分，構成了一臺虛擬同步發電機模型。為了使VSC具有發電機的機械轉矩，對外表現出同步發電機轉動的慣性與阻尼特性，需要在控制系統中進行改進來實現。

1.4VSG控制系統模型

虛擬同步發電機控制系統框圖如圖3所示。圖3中，Pref為VSC的有功整定值；ωn為同步發電機的額定轉速；Dp為阻尼系數；Dq為無功/電壓下垂系數；i為abc三相相電流的反饋值；um為PCC點相電壓峰值；ur為輸出電壓參考值。控制得到的結果由式（2）計算出VSC輸出電壓參考波，經過PWM調制驅動IGBT的開斷。

圖3　虛擬同步發電機控制系統框圖Fig.3　Control strategy of the VSG

借鑒傳統同步發電機通過對機械轉矩的調節來調節發電機有功輸出的原理，通過對虛擬同步發電機虛擬機械轉矩Tm的調節來實現并網VSC有功指令的調節。

VSC無功控制加入了無功/電壓Dq下垂系數，使得虛擬同步發電機無功調節與傳統并網逆變器的無功控制策略不同，其在保證無功功率跟蹤的同時，還能參與電網電壓調節，根據電壓的偏差為其接入的電網提供必要的無功支撐，具有了同步發電機的無功/電壓下垂特性。

虛擬同步發電機控制在VSC中植入了同步發電機的機械轉矩，使得并網VSC具有了同步發電機的特征，對外具有了功角特性。

2　基于VSG的VSC類同調等值

未來電網中新能源逆變并網數量增多，大量的電力電子元器件使得電網的分析控制表現出高階非線性等特點。基于VSG控制的VSC具有同步發電機特性，是未來電網逆變器控制的發展趨勢。可以借鑒交流系統中同步發電機的同調判別，對含有VSC的電網進行局部等值，化簡網絡結構，提高系統仿真效率，簡化系統控制分析。

交流系統的同調等值分為5個步驟［15］:①劃分研究系統區域和外部系統區域，等值過程保留研究系統區域，等值簡化外部系統；②判斷外部區域中同調發電機群；③對發電機母線化簡合并；④網絡化簡；⑤發電機動態聚合，得到等值機參數。

本文闡述的VSC同調等值，步驟①、③、④與同步發電機的同調等值基本相同，在本文中不再贅述。重點將解決以上述步驟②和步驟⑤。雖然虛擬同步發電機具有了發電機的特性，在外部系統受到擾動后，VSC也具有了可觀察的功角。但是VSC和同步發電機本質上存在差異，所以同調的判別依據需要做一定的修正，故在此稱為類同調判別。

2.1VSC類同調判別

所謂同調就是當電力系統受到擾動以后，如果兩臺發電機功角差在給定時段內基本維持恒定，則認為這些發電機是同調的。實際系統中，功角差維持恒定很難滿足，所以在實際應用中引入了同調機群的實用判據。用兩臺發電機相對于各自功角初值的Δδi、Δδj之差在給定時段t內的最大值來反映其同調程度，當其小于指定門檻值ε時，則稱發電機是同調的，即滿足［15］

一般取τ=1～3 s，ε=5°～10°。VSC與同步發電機本質存在差異，直接套用該判據會導致同調VSC判別錯誤，從而影響等值效果。但是基于VSG控制的VSC被植入了同步發電機的轉矩方程，在選取同調判據時，一定程度上又可以借鑒同步發電機與之對應的關系。

如圖1所示，VSC直流側所連接的電容是儲能元件，這使得采用VSG控制技術的VSC中的電容儲能Edc模擬了虛擬同步發電機轉子轉動所儲存的機械能Ek，也使得VSC具有了慣性特征［22］。因此，可以得到二者的關系為

式中，Cdc為VSC直流側電容；Udc為VSC直流電壓。由式（7）可得出VSC的虛擬轉動慣量JVSC與VSC參數的關系

由式（8）可知J在配電網或微網中的取值范圍約為0.1～1 kg·m2。

交流系統同調等值判據中的τ，反映了在經歷擾動后同步發電機功角變化時間，是同步發電機慣性時間常數的體現。同步發電機慣性時間常數 TSG表示為［23］

式中，JSG為同步發電機轉動慣量，t·m2；SSG為同步發電機容量，kV·A；n0為同步發電機額定轉速，取n0=3 000 r/min。水電機組的慣性時間常數一般為1～3 s，而火電機組的慣性時間常數為7～8 s［7］。

虛擬同步發電機有功控制環模擬了發電機的機械方程。文獻［6］中根據虛擬同步發電機控制系統給出了其虛擬轉動慣量時間常數為

在虛擬同步發電機控制中，為了使VSC體現同步發電機的調頻功能，Dp選取也結合同步發電機頻率/有功下垂特性，即

式中，kP為有功/頻率下垂系數，其表征100%功率變化對應kP倍的頻率變化。由式（11）可判斷DP在配電網或微網中的取值約為1～10。用系數a表示同步發電機與基于VSG控制的VSC的慣性時間常數比值，即

a值的大小體現了VSG控制的VSC與實際同步發電機時間常數的差異大小，參照這個差異，可以調整同調判據中時間的取值。根據對a值的估算，可以選取τ=0.1～0.6 s作為類同調的判斷時間。從原理上看，基于VSG控制的VSC雖然具有同步發電機特性，但是暫態過程更快，在小干擾后更快進入穩態。相對同步發電機同調判據里選取較小的τ值使得類同調的VSC的判別更加迅速，減少了初始判斷同調仿真的時間和計算量。考慮到選取的時間太短容易造成VSC類同調性誤判的情況，本文選取τ值為0.4 s。

由式（8）可知，微電網中VSC的虛擬轉動慣量較之同步發電機要小很多，J的取值范圍也較小，故在門檻值ε選取時較同步發電機嚴苛。經過大量仿真，對于VSC類同調ε的選取范圍為1°～5°。本文選取2°作為門檻值ε。在電磁暫態仿真中，每臺VSC的Δδ可以精確測量，選取較小的ε使得類同調判別更加嚴苛，有利于減小等值誤差。改寫式（6）為

式中，t0為擾動加入時刻。若在所加擾動后，不同的基于虛擬同步發電機控制的VSC同時滿足式（13），則稱其為類同調VSC群。需要注意的是，雖然式（13）與式（6）形式一樣，但是同調性判據門檻值的約束條件已經改變。

2.2類同調VSC參數聚合

對于類同調VSC的聚合，作如下假設:①類同調VSC具有相同的虛擬轉速且都已轉移到同一等值母線上；②聚合前、后，VSC輸出的有功、無功保持不變；③類同調VSC群的控制參數和電路參數可以分別聚合。

因此，可以將類同調VSC參數聚合分為兩個環節:類同調VSC群控制參數聚合和類同調VSC群電路參數聚合。

1）類同調VSC群控制參數聚合

VSC本身是不存在機械運動的，VSG控制賦予了VSC同步發電機的轉子運動方程，從而對外顯現出同步發電機的轉子運動特性。第i臺類同調VSC虛擬轉子運動方程為

交流系統同步發電機等值時，轉子運動方程的聚合是參數疊加，在轉速ω相等時如式（15）所示。

類同調的VSC控制器參數是虛擬轉子運動方程的直接體現，所以類同調VSC控制參數聚合正好對應著傳統同步發電機的轉子運動方程聚合。在做轉子運動方程的參數聚合時，為了保持其原來的虛擬轉子運動特性，需要對控制系統中表征運動方程的部分控制參數進行疊加聚合。控制器各參數分步聚合方法如式（16）～式（19）所示。

轉矩的聚合約束條件為等值前、后輸出的有功功率和無功功率不變，在控制其中體現為有功、無功的整定值的聚合，如式（18）、式（19）所示。

而控制器剩余的參數需要滿足

結合電磁轉矩表達式（式（5）），將剩余的控制參數聚合，可得

由上述過程可看出，對于類同調VSC的控制參數聚合是利用了虛擬同步發電機控制與同步發電機機械轉矩的內在聯系，最終體現為控制參數有名值疊加的過程。

2）類同調VSC群電路參數聚合

n臺類同調VSC接在同一母線上電路結構如圖4所示。需要將VSC的LCL濾波電路進行參數聚合。本文結合同步發電機電磁回路聚合方法來聚合VSC電路參數。

圖4　并聯VSC電路參數Fig.4　Circuit of parallel VSCs

其等值聚合過程可看作電路中各元件的并聯等效，如式（23）～式（25）所示。

n臺類同調VSC等值后的電路形式與單臺VSC形式保持一致，電路參數即為所求的等值參數。本文運用的聚合方法簡單且易實行，非常適合含大規模虛擬同步發電機并網等值聚合的情況。

3　仿真驗證

為了驗證本文所提的基于虛擬同步發電機的VSC類同調等值方法的正確性，在PSCAD中搭建5臺參數不同的基于虛擬同步發電機控制的VSC，并聯在同一交流母線A上運行。為了研究需要，假設母線A作為內部區域和外部區域的分界線。母線A的交流系統側為內部系統，VSC側為外部區域。在保證內部系統關鍵電氣量仿真精度的前提下，簡化網絡拓撲，提高電磁暫態仿真效率，同時突出研究重點，需要對外部區域進行等值處理，如圖5所示。

圖5　仿真系統結構Fig.5　The simulation system structure

3.1原始系統參數

系統參數和各臺VSC參數見表1、表2。參數選取了微網級別的換流器參數，符合目前微電網中大量分布式電源并網的應用場景。本文所提出的VSC類同調等值方法與交流系統的同調等值類似，該方法應用場合與電壓等級、容量無關，雖然是在低壓微網系統中進行驗證，但也適用于微網或高壓輸電網中容量相差不大的VSC之間的等值，并可推廣到以后大電網中大規模新能源并網等值的情況。

表1　系統參數Tab.1　Parameters of grid

表2　基于虛擬同步發電機控制的VSC參數Tab.2　Parameters of VSG-based VSCs

表2中各VSC的電路參數、控制參數名稱分別與圖1和圖3對應。

3.2VSC類同調判別及參數聚合

圖6　擾動后各VSC虛擬功角曲線Fig.6　Virtual power angle curve of each VSC

在仿真中，起始時刻至3.0 s，5個VSC站都達到穩定運行狀態。3 s時在圖5中的F點處設置A相單相接地短路故障，接地電阻為0.1 mΩ。0.05 s后故障消除。在此過程中，由于狀態發生了改變，因此造成了系統的一個小擾動。通過仿真可以得到VSC1～VSC5的功角曲線如圖6所示。需要指出的是，基于虛擬同步發電機控制的VSC功角是VSC出口電壓相角減去端口電壓相角。相角的求取采用的是PLL鎖相環，而PLL得到的相角會在相角達到360°后跳變到0°，這使得相角做差時，當超前的相角發生周期性跳變時，功角結果將出現尖峰。為了獲得準確的功角特性曲線，本文對此周期性跳變進行了數據處理。

由圖6可以看出，VSC1、VSC2和VSC3虛擬功角曲線變化規律一致，VSC4和VSC5虛擬功角曲線變化規律一致。提取數據進行相對虛擬功角計算，結果見表3。該表格中下三角數據與上三角數據對稱，在此只列出上三角的數據。

表3　相對虛擬功角Tab.3　Relation of virtual power angle（單位:°）

VSC1、VSC2和VSC3之間相互滿足式（13）的VSC類同調判據，VSC4和VSC5之間滿足類同調判據。可以將這5臺VSC分為兩個類同調群，分別進行等值工作。按照本文第 2.2節提出的參數聚合方法，將VSC1、VSC2和VSC3等值為一臺VSC，命名為VSC_A，將VSC4和VSC5等值為一臺VSC，命名為VSC_B，如圖5所示。等值和參數聚合后VSC_A和VSC_B的參數見表4。

表4等值VSC參數Tab.4　Parameters of equivalent VSC

3.3等值VSC仿真驗證

1）算例1:兩臺類同調VSC等值

為了排除等值后VSC_A和VSC_B之間的互相影響引起的等值誤差，本文將首先單獨驗證 VSC4和VSC5等值為VSC_B的情況。仿真系統仍然如圖5所示，只是刪除了1、2和3號VSC。設置了3.1節所述相同的故障擾動，對比等值前后內部區域和外部區域分界線處E的有功、無功功率，結果如圖7和圖8所示。同時觀察VSC4、VSC5和VSC_B在相同擾動下的虛擬功角曲線，其結果如圖9所示。

圖7　原VSC與等值VSC有功功率對比Fig.7　Comparison of active power between detailed VSCs and equivalent VSC

圖8　原VSC與等值VSC無功功率對比Fig.8　Comparison of reactive power between detailed VSCs and equivalent VSC

圖9　VSC4、VSC5與VSC_B虛擬功角對比Fig.9　Comparison of virtual power angle between VSC4VSC5and VSC_B

由圖7和圖8可以看出，在VSC出口發生單相接地故障后，輸出有功功率跌落，由于VSG控制的慣性作用，跌落得較緩慢。由于母線A電壓的跌落，VSG控制中的無功/電壓下垂控制發生作用，向系統輸出無功功率提供交流電壓支撐。等值前后，有功功率曲線和無功功率相似度很高。提取數據分析可得有功功率暫態過程平均誤差為0.5%，最大誤差為1.3%。無功功率暫態過程平均誤差為0.2%，最大誤差為0.9%。等值之后有功、無功的誤差很小，該仿真誤差在電網分析可接受的誤差范圍之內。

由圖9可知，等值后的VSC_B的虛擬功角曲線和VSC4、VSC5的虛擬功角曲線變化趨勢一致，其相對虛擬功角值計算結果滿足式（18）。說明 VSC_B與VSC4、VSC5屬于類同調VSC。該結果說明了等值后VSC_B較好地保留了外部區域VSC4和VSC5的動態特性，說明將兩臺類同調VSC并聯運行等值成一臺等效VSC是可行的，同時也初步驗證了本文所提出的類同調等值方法的有效性。

2）算例2:兩個類同調VSC群同時等值

接下來驗證5臺VSC分為兩個類同調群等值為兩臺等值VSC運行的情況。同樣設置了3.1節所述的相同故障擾動，對比等值前后圖5中內部區域和外部區域分界線E處的有功、無功功率，同時觀察VSC_A和VSC_B在相同擾動下的虛擬功角曲線，其結果如圖10～圖12所示。

圖10　原VSC與等值VSC有功功率對比Fig.10　Comparison of active power between detailed VSCs and equivalent VSC

圖11　原VSC與等值VSC無功功率對比Fig.11　Comparison of reactive power between detailed VSCs and equivalent VSC

圖12　VSC_A與VSC_B虛擬功角對比Fig.12　Comparison of virtual power angle between VSC_A and VSC_B

提取圖10和圖11中的數據進行分析，可以得到有功功率暫態過程平均誤差為0.16%，誤差最大值為0.44%。無功功率暫態過程平均誤差為0.2%，誤差最大值為0.72%。等值后的系統對外潮流沒有變化，且等值前后暫態過程有功、無功數據非常接近。5臺VSC分為兩個類同調群等值為兩臺VSC后，較之兩臺類同調VSC等值一臺VSC的情況，功率誤差百分比并沒有放大，說明了本文提出的等值方法在多個類同調群等值中的正確性。

從圖12可以看出，等值后VSC_A的虛擬功角曲線與原VSC1、VSC2和VSC3在相同擾動下變化趨勢一致，VSC_B的虛擬功角曲線與原VSC4、VSC5變化趨勢一致，沒有畸變的動態特性。按式（13）計算得到VSC_A和VSC_B的相對相角差為2.4°。等值前不同調的VSC組成各自的類同調群后進行等值，對應等值后不同的單臺VSC仍然不符合類同調判據，保留了原有的動態特性，因此等值后的系統可以無誤地進行后續的穩定性分析等研究。

4　結論

本文針對基于同步發電機控制的VSC開展了等值方法研究。類比交流同調判別方法設計了VSC類同調判據，提出了基于虛擬同步發電機控制的VSC參數聚合方法，得到如下結論:

1）本文提出的較小的同調判別值使得類同調的VSC的判別更加迅速，加法聚合的方法聚合了類同調VSC群的控制器參數。結合同步發電機電磁回路聚合方法，聚合了類同調VSC組的電路參數。所采用的聚合方法簡單易實行，適合于含大規模虛擬同步發電機逆變器并網等值聚合的場景。

2）在PSCAD中搭建了含五臺具有虛擬同步發電機特性VSC并聯運行的系統，依據提出的VSC類同調判據，分別將其等值為兩個類同調VSC群并進行了參數聚合。電磁暫態仿真結果表明等值誤差在2%以內，驗證了本文所提出等值方法的正確性。

3）針對具有很強可控性且本身不具備功角特性的VSC，本文提出了基于虛擬同步發電機控制的VSC類同調等值方法，為新能源經VSC并網的系統提供了等值思路。為了使該方法具有更廣泛的應用前景，研究VSC群與傳統機組的混合同調等值，以及將VSC等值推廣到模塊化多電平換流器的等值，具有重要的實際意義。

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李承昱男，1991年生，博士研究生，研究方向為柔性直流輸電。

E-mail:lichengyu0216@foxmail.com（通信作者）

許建中男，1987年生，博士，講師，研究方向為柔性直流輸電。

E-mail:xujianzhong@ncepu.edu.cn

Coherency Equivalence Method for Voltage Source Converter Based on Virtual Synchronous Generator

Li ChengyuXu JianzhongZhao ChengyongLiu Wei
（State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sources North China Electric Power UniversityBeijing102206China）

This research is focusing on conducting partial equivalence method for the power grid which operates with voltage source converter（VSC）based on the virtual synchronous generator（VSG）control strategy.The feasibility of applying power grid equivalence method in VSC with synchronous generator power-angle characteristic features has been analyzed.Then，on the analogy of AC coherency-based method，a VSC type coherency criterion has been designed and a VSC parameter aggregation method based on virtual synchronous generator control has been put forward.Under PSCAD/EMTDC simulated environment，VSCs parallel operation model is built based on virtual synchronous generator control.This system is divided into internal area and external area.Based on the virtual power-angle curve after single-phase ground fault disturbance，the VSCs coherency is judged and divided them into different coherent groups.Each group is proceeded parameter aggregation respectively.Finally，the output curve of active and reactive power from external area to internal area is chosen as object.Based on comparing the output curve before and after equivalence，the error analysis result indicates that the power flow is invariant during the equivalence.This validates the correctness and effectiveness of the referred coherency equivalence method.

Virtual synchronous generator，VSC equivalence，coherency equivalent，parameter aggregation

TM74

國家自然科學基金（51177042）、國家高技術研究發展（863）計劃（2013AA050105）和中央高校基本科研業務專項資金（2015XS08）資助項目。

2015-06-23改稿日期 2015-11-05