含虛擬同步發電機的多端柔性直流系統穩定性分析

付 強, 杜文娟, 黃登一, 王海風

(新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學), 北京市102206)

0 引言

近年來,隨著可再生能源的大力開發和新能源電力系統的快速發展[1],以矢量控制為代表的電壓源型換流器(VSC)得到了廣泛應用[2-3],由其構成的柔性直流輸電系統成為了解決遠距離電能傳輸的有效方案[4]。但是,矢量控制的VSC不具有旋轉慣性[5],易引入諧波[6],無法為交流系統提供必要的電壓和頻率支撐,降低了電網運行的穩定性[7]。為此,模擬同步發電機的運行特性,提出了虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)控制,增加了系統慣性,提供了電壓和頻率支撐[8-11],引起了眾多學者的廣泛關注。

目前針對VSG的穩定性研究主要集中在兩個方面:一方面是針對單個VSG控制的VSC進行研究,另一個方面是針對含VSG的多端直流系統進行研究。在第一個方面,常假設直流系統為恒定功率源或直流電壓源,系統的復雜度較低,提出了相關的穩定性控制方法。例如文獻[12]通過結合傳統無慣性下垂控制和VSG控制的優勢,提出了基于VSG的下垂控制;文獻[13]設計了新的解耦控制算法,實現了VSG有功和無功功率的獨立輸出;文獻[14]研究了解耦控制算法的參數設計,提出了考慮系統穩定性裕量的參數設計方案。

在VSG接入對交流系統穩定性影響的研究方面,主要采用模式分析法和頻域分析法。例如文獻[15]采用模式分析法分析了控制參數對交流系統穩定性的影響,提出了控制參數的優化方案。文獻[16]采用頻域分析法分析了VSG控制與發電機間產生的諧振現象,提出了基于一階控制環節的解決措施。……