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

虚拟同步发电机（VSG）通过多层控制模拟同步发电机运行特性，其动态具有多时间尺度特征，并网系统存在宽频振荡模式。文中关注低频振荡模式，基于多时间尺度特性分析，建立计及相邻尺度dq轴电压环影响的类Heffron-Phillips稳定分析模型，进而借鉴传统电力系统低频振荡研究思路，应用阻尼转矩法揭示了虚拟转子运动的阻尼特性。分析发现VSG阻尼可分为两部分：虚拟转子运动自身固有阻尼和等效电磁转矩提供附加阻尼。附加阻尼为负，并深受电压环动态影响，当附加阻尼大于固有阻尼时，低频振荡模式会因阻尼不足而失稳。基于阻尼特性分析，提出一种电压环相位补偿方法，增大等效电磁转矩与阻尼分量负半轴角度，以削弱电压环引入的负阻尼影响。最后，通过仿真验证了理论分析的正确性和改进控制的有效性。