虛擬同步機穩(wěn)定性分析及其參數(shù)自適應調(diào)節(jié)策略研究

摘要：針對新型電力系統(tǒng)弱電網(wǎng)特性面臨的安全穩(wěn)定挑戰(zhàn)，提出一種參數(shù)自適應調(diào)節(jié)的虛擬同步機控制策略，用于并網(wǎng)變流器控制。通過分析系統(tǒng)的根軌跡特性，制定了虛擬阻尼和虛擬慣量等參數(shù)的自適應調(diào)節(jié)方案。對控制環(huán)節(jié)中的關鍵參數(shù)進行分岔分析，揭示了虛擬同步機中分岔現(xiàn)象的規(guī)律，確定了虛擬慣量和虛擬阻尼的自適應調(diào)節(jié)范圍。實驗結果證明，與固定參數(shù)調(diào)節(jié)方案相比，本文所提出的自適應調(diào)節(jié)方案能夠更快地抑制頻率波動，減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。這一研究能夠有效提高新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

關鍵詞：弱電網(wǎng)；分岔分析；虛擬同步機；根軌跡；參數(shù)自適應

中圖分類號：TM 743 文獻標志碼：A

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，我國的電力系統(tǒng)正逐步向適應大規(guī)模、高比例的新能源方向演進。然而，高比例新能源的快速發(fā)展對系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)[1-3]，迫切需要研發(fā)新型電力技術和采用創(chuàng)新性的運行模式。分布式能源接入大電網(wǎng)后導致電網(wǎng)中電力電子裝置的滲透率不斷增加，電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量非線性負載，電網(wǎng)逐漸呈現(xiàn)出弱電網(wǎng)特性[4]。由于新能源發(fā)電設備本身不具備傳統(tǒng)旋轉設備的慣量與阻尼特性，一旦出現(xiàn)頻率擾動或者電壓擾動，機組無法通過自身的調(diào)節(jié)容量填補擾動[5-7]，這導致電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定問題突出。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機（ synchronousgenerator，SG）通過調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)、調(diào)頻機等控制環(huán)節(jié)來維持系統(tǒng)的功角穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定，其中值得參考的特性包括：SG 是電壓源，能夠產(chǎn)生電壓；轉速和頻率直接耦合同步，有助于多個SG 相互連接形成一個穩(wěn)定的電網(wǎng)；出現(xiàn)瞬時擾動時，轉子的動能有慣性力，能夠抵抗小擾動給機組帶來的影響；基于下垂的調(diào)速器和勵磁控制器使SG 對輸出功率變化作出有效響應，同時將頻率和電壓保持在可接受的范圍內(nèi)[8-10]?；谝陨咸匦裕瑢W者們提出了虛擬同步機（virtual synchronousgenerator，VSG）的概念，為變流器控制提供了一種靈活可行的方案。

VSG 控制技術模擬了SG 的調(diào)頻、調(diào)壓功能[11]，是構網(wǎng)型控制策略中的一個重要分支。VSG 控制思想最早出現(xiàn)在2007 年，當時，研究者提出將SG 的轉子運動方程應用到電力電子變流器的控制環(huán)節(jié)中，通過變流器的電流指令控制其輸出特性，使其擁有SG 的慣量支撐能力，但當時的變流器仍不能作為一個獨立電源進行輸出[12-13]。隨著同步變流器控制策略的提出，變流器可以進一步地生成控制電壓，并且可以作為獨立電源運行，逐漸被廣泛應用。

近年來，針對VSG 在頻率與電壓支撐方面的能力，研究者們已經(jīng)取得了很多成果。其中，虛擬慣量和虛擬阻尼參數(shù)的設置被認為是擾動后系統(tǒng)穩(wěn)定性的關鍵因素，對虛擬阻尼與虛擬慣性取值進行合理配置，可以讓系統(tǒng)更加快速地恢復到穩(wěn)定狀態(tài)[14-15]。文獻[16] 通過分析系統(tǒng)擾動下電壓波動各階段對慣性的需求，以及慣量阻尼參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，提出了一種附加動態(tài)調(diào)節(jié)系數(shù)的慣量阻尼自適應控制策略。該策略可以根據(jù)電壓變化率與電壓偏差靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)慣性，從而減小功率波動對母線電壓的影響。文獻[17]綜合考慮蓄電池容量的荷電狀態(tài)約束、阻尼比約束等條件，得到多約束下VSG 系統(tǒng)的虛擬慣量和虛擬阻尼的取值范圍，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡算法對VSG 參數(shù)進行自適應控制。文獻[18] 提出有功微分反饋補償和有功微分前饋補償兩種暫態(tài)阻尼策略，給出了不同模式下VSG 系統(tǒng)的參數(shù)設計方案。

上述研究大多集中在VSG 虛擬慣量與虛擬阻尼之間的靈活配置方面，以確保系統(tǒng)頻率在受到擾動后能夠快速恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。然而，關于VSG 虛擬阻尼和虛擬慣量的取值范圍卻少有研究。為此，本文在現(xiàn)有研究的基礎上，研究了VSG 虛擬阻尼和虛擬慣量的取值對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。同時，采用分岔分析手段獲得了虛擬慣量與虛擬阻尼的參數(shù)取值邊界，并利用根軌跡分析方法驗證了分岔分析所得結果的正確性。與根軌跡分析方法相比，分岔分析避免了對模型的線性化處理，可以更加精準地刻畫控制參數(shù)的穩(wěn)定取值邊界。此外，為了改善傳統(tǒng)VSG 調(diào)節(jié)效果不佳的問題，本文結合參數(shù)取值邊界設計了自適應調(diào)節(jié)方案，使得受擾后的系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中能夠兼顧功率調(diào)節(jié)速度和頻率穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的魯棒性。

1 VSG 控制策略及調(diào)頻原理

變流器的控制方案一般有兩種方式：電流控制和電壓控制。在電流控制方法中，通常采用基于輸出電流反饋的電流控制環(huán)來控制系統(tǒng)輸出，其中環(huán)路的參考值由鎖相環(huán)提供；而在電壓控制方法中，電壓的參考值一般基于SG 的轉子運動方程進行設計的，根據(jù)傳統(tǒng)調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)原理，VSG控制策略包括有功–頻率控制、無功–電壓控制。

以儲能變流器為例，其VSG控制策略如圖1 所示。圖中：為有功功率實際輸入值；Pref為有 功功率參考值；Vdp為虛擬阻尼電壓；E為無功電 壓控制環(huán)節(jié)的輸出電壓；Qn為無功功率實際值； δ為虛擬功角；Vg為大電網(wǎng)電壓；Udc為直流側電 壓；Cdc為直流側電容；Pout為儲能輸出有功功 率；vg為并網(wǎng)點處的電壓；L為線路電感；Q為輸 出無功功率；e*為合成電壓；i為線路電流；Z為 阻抗；s為復變量。本文將直流電壓除以兩倍的合 成電壓作為驅動信號來控制變流器的動作。

1.1 有功–頻率控制

VSG的有功-頻率控制框圖如圖2所示，圖 中：ωm，ωn分別為實際角速度與參考角速度； 人為VSG虛擬慣量；D為虛擬阻尼，表征VSG在 頻率發(fā)生變化時其對系統(tǒng)有功的調(diào)整程度，使得 VSG具備與SG相似的頻率振蕩抑制功能。該控制 環(huán)節(jié)的工作原理是通過檢測有功功率的偏差來改 變VSG的輸出，從而實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方程如下：

VSG 的慣量從變流器直流側的電容中獲取，在輸入源時間常數(shù)允許的情況下，還有部分的慣量可以直接從輸入源提供。變流器直流側電容能夠提供的虛擬慣量為

Jv = Cdckk0 （2）

由上式可知，改變VSG直流側電容值Cdc就可以實現(xiàn)虛擬慣量大小的調(diào)節(jié)。k0和k是兩個增益調(diào)節(jié)系數(shù)，k0的大小取決于直流側電壓的值，可以 理解為：若某一頻率為f的系統(tǒng)，直流側電壓為 Ud，增益系數(shù)k0 =Ud/2πf。而k的大小取決于直流 側電壓允許的波動范圍，可以理解為：若某一系 統(tǒng)直流側電壓的可調(diào)節(jié)范圍為±60 V，電網(wǎng)頻率變 化范圍為±0.5 Hz，即±3.14 rad/s，增益系數(shù)k= 60/3.14≈20。

1.2 虛擬阻尼策略

為了模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的阻尼特性，方便 后續(xù)對該項靈活調(diào)節(jié)，本文將搖擺方程中的阻尼 環(huán)節(jié)D（ω -ωg）轉變成VSG中的虛擬阻尼電壓Vdp， 其中：ω為電網(wǎng)角頻率；ωg為電網(wǎng)額定角頻率。 阻尼控制框圖如圖3所示。

1.3 無功功率控制

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，由于同步電抗和電阻的 分壓作用，當輸出電流增大時，SG的輸出電壓會 降低，此時可以通過改變勵磁電流的大小來控制 暫態(tài)電勢，從而維持系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定。然 而，變流器的VSG控制環(huán)節(jié)中，控制的是電壓 量，需要利用無功功率控制模塊來模擬出SG勵磁 電流控制效果。無功功率與電壓存在如下關系：

式中：Qref，Qn分別為VSG系統(tǒng)中的無功參考值和無功真實值；Vn為電網(wǎng)標稱電壓幅值；kq為比例調(diào)節(jié)系數(shù)；kv為下垂控制系數(shù)。

結合上文內(nèi)容，可將有功–頻率環(huán)節(jié)輸出的電壓功角、虛擬阻尼電壓Vdp及無功功率控制環(huán)節(jié)中的勵磁電壓進行合成后，作為驅動信號送至控制端，從而實現(xiàn)變流器的VSG 控制。本文采取的無功功率控制框圖如圖4 所示。

結合上述有功-頻率控制、虛擬阻尼及無功控 制模塊，通過dq坐標變換可以得到含10個狀態(tài) 變量（ωm，E，δ，id，iq，igd，igq，vcd，vCq，vdp）的狀態(tài)方程， 如式（5）所示。

式中：Vc表示濾波電容電壓；A為線路阻尼；ig表 示電網(wǎng)側電流；Lg表示網(wǎng)側電感；id和iq分別為流 過濾波電感電流的電流直流分量和交流分量； igd和igq分別為流向電網(wǎng)側的電流直流分量和交流 分量；vcd和vcq分別為濾波電容的電壓直流分量和 交流分量；vdcn為直流側電壓額定值；C為電網(wǎng)電 容；τ為時間常數(shù)。

2 VSG的參數(shù)自適應調(diào)節(jié)策略

2.1 自適應調(diào)節(jié)策略建立

為了解決VSG虛擬阻尼靈活控制不足的問 題，對VSG系統(tǒng)的虛擬阻尼和虛擬慣量進行自適 應調(diào)節(jié)，使變流器能夠在不同的運行條件下靈活改變參數(shù)。同時，對上述狀態(tài)方程（5）進行根軌跡 和分岔分析，得到系統(tǒng)關鍵參數(shù)的整定范圍，從 而提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。

假設系統(tǒng)在某個時刻受到一個有功的正向擾 動，經(jīng)過幾個周期的振蕩后，系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定到新 的平衡點，這個過程可以分為4個階段。

第Ⅰ階段，VSG輸入的有功功率大于輸出的 電磁功率，此時角頻率上升且大于額定值，最終 到達最大值處，系統(tǒng)的角頻率變化率dωm/dtgt;0。這 表明系統(tǒng)要適當增加虛擬慣量使得角頻率變化率 減小，同時虛擬阻尼D需要適當增加來減小頻率偏差。

第Ⅱ階段，VSG輸入的有功依然大于輸出的 電磁功率，但此時角頻率逐漸下降向額定值變 化，此時系統(tǒng)的角頻率變化率dωm/dtlt;0，這表明 系統(tǒng)需要適當減小虛擬慣量使得角頻率變化率適 當增加，以使角頻率快速恢復至額定值，虛擬阻 尼D維持初始值即可減小頻率偏差。

同理，第Ⅲ和第Ⅳ階段中，虛擬慣量與虛擬 阻尼的變化情況與第I和第Ⅱ階段類似，根據(jù)不 同的運行狀態(tài)，可以總結出虛擬慣量與虛擬阻尼 的取值原則，如表i所示。

根據(jù)表i所得參數(shù)的取值原則，可以建立 VSG系統(tǒng)中虛擬慣量和虛擬阻尼參數(shù)的自適應調(diào) 節(jié)策略如下：

式中：J0， D0為虛擬慣量與虛擬阻尼的初始值； kj、kd分別為虛擬慣量與虛擬阻尼的調(diào)節(jié)系數(shù)，根 據(jù)當前需要調(diào)節(jié)的能力大小進行設定；Hj， Hd分 別為虛擬慣量與虛擬阻尼的變化閾值，通過設置 閾值可以有效地減少因系統(tǒng)微小擾動帶來的參數(shù)頻繁切換。

2.2 根軌跡分析

為了確定虛擬阻尼和虛擬慣量對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，在功率值一定的情況下，對狀態(tài)方程（5） 進行線性化處理，得到線性化后的方程如下：

Δ˙x = ZΔx+WΔu （8）

式中：Z矩陣為系統(tǒng)的雅可比矩陣；W為系統(tǒng)的控制矩陣。

假設電網(wǎng)頻率與電壓均為額定值，Vg = Vn，ωg =ωn，可以進一步計算出狀態(tài)方程（5）的平衡 點（ωm0， E0，δ0， id0， iq0， igd0 igq0， vcd0， vcq0， Vdp0），其雅可比矩陣Z表示如下：

其中，輸出電壓初始值為

根據(jù)線性微分方程的狀態(tài)矩陣求解矩陣的特征根和特征向量，改變虛擬阻尼和虛擬慣量的大小，觀察系統(tǒng)特征根的變化，繪制出特征根隨虛擬阻尼和虛擬慣量變化的運動軌跡，判斷其取值對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，

Vdp的取值與虛擬阻尼D直接相關。本文設置 輸入為10的狀態(tài)變量，輸出為Vdp，可以得到VSG的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)有10個特征根，分別記為λ1?λ10，系統(tǒng)的初始參數(shù)詳見表2。當虛擬阻尼以0.001的步長從0.001開始逐漸增加到0.5時，可以進一步得到系統(tǒng)的根軌跡。其中，λ1?λ7距離虛軸較遠，其軌跡變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性變化影響較小。對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的特征λ8?λ10進行分析。如圖5 所示，圖中箭頭所指方向為虛擬阻尼D 增大的方向，即特征根的變化方向，結合Lyapunov 穩(wěn)定性理論，可以得到如下結論：

a. 隨著虛擬阻尼D 不斷增大， 和實部由正數(shù)變?yōu)樨摂?shù)并不斷減小，當λ8在實部為?20 時，實部值隨著虛擬阻尼的增大仍然不斷減小，但λ9 的實部值反而不斷增大；λ10的實部值隨著虛擬阻尼的增大而增大，但實部仍保持為負。這表明，在λ8的實部到達?20后系統(tǒng)朝著不穩(wěn)定的方向發(fā)展，虛擬阻尼D 的取值不宜過大。

b. 當虛擬阻尼D 取值不變時，隨著虛擬慣量Jv的不斷增大，相同虛擬阻尼下的特征根實部不斷增大。這表明，系統(tǒng)朝著不穩(wěn)定方向發(fā)展，需要合理確定虛擬慣量Jv的取值大小。

2.3 分岔分析

為了獲得虛擬慣量與虛擬阻尼的取值范圍，驗證根軌跡分析結果的正確性，分別對虛擬慣量和虛擬阻尼進行分岔分析。當某動態(tài)參數(shù)變化經(jīng)過一些臨界值時，系統(tǒng)性態(tài)（如平衡點的數(shù)量、周期運動和穩(wěn)定性）會發(fā)生突變，并常伴隨有混沌、分形、突變、擬序結構等，這種現(xiàn)象被稱為分岔。分岔有很多種，如Hopf 分岔、倍周期分岔等。其中，Hopf 分岔的本質(zhì)是系統(tǒng)雅可比矩陣的特征根有一對共軛純虛數(shù)解，也是電力系統(tǒng)模型中分析最多的一類分岔。

下面將對虛擬阻尼D和虛擬慣量Jv分別進行 分岔分析，討論這些參數(shù)對變流器穩(wěn)定運行的影 響；追蹤系統(tǒng)的平衡解流形，結合根軌跡與分岔 點處的臨界分岔值，來確定VSG系統(tǒng)控制參數(shù)的 取值范圍。下文仿真均采用430 V直流恒壓源為 VSG提供直流電壓，假設電網(wǎng)頻率蝴=?，且恒 定不變，其他參數(shù)如表2所示。

2.3.1 虛擬慣量的分岔分析

選定虛擬慣量Jv作為分岔參數(shù)，改變Jv的大 小，觀察VSG系統(tǒng)穩(wěn)定性。利用Matcont軟件追 蹤系統(tǒng)的平衡解流形，并未檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)分岔 點。結合狀態(tài)方程（5）的特征根，在Jv ∈ [0.1，10 000] 參數(shù)區(qū)間內(nèi)，系統(tǒng)根軌跡距離虛軸最近點為 （-0.005 226， ±j0.237），所有特征根的實部小于0， 這說明VSG系統(tǒng)將在Tv的變化過程中始終保持 穩(wěn)定。

2.3.2 虛擬阻尼的分岔分析

選定虛擬阻尼D作為分岔參數(shù)，改變D的大 小，觀察VSG系統(tǒng)的穩(wěn)定性。利用Matcont軟件 追蹤系統(tǒng)的平衡解流形，檢測到當虛擬阻尼Dct = 0.008 35時，系統(tǒng)中出現(xiàn)了 Hopf分岔點。同時，計 算該參數(shù)下系統(tǒng)的特征根，如圖6所示。系統(tǒng)中 出現(xiàn)了一對實部為0的共軛復根，驗證了系統(tǒng)中 出現(xiàn)Hopf分岔的正確性。

圖7 為狀態(tài)變量（虛擬功角δ）與虛擬阻尼D的分岔圖，可以觀察到：在Hopf 分岔點之后，隨著虛擬阻尼D的增大，虛擬功角δ維持恒定，其數(shù)值大小與數(shù)量不發(fā)生變化；在Hopf 分岔點之前，隨著虛擬阻尼D的減小，虛擬功角δ開始驟降，將會導致VSG 系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

圖8 給出了兩組典型虛擬阻尼參數(shù)下VSG 系統(tǒng)的相平面圖。當虛擬阻尼D = 0.006 lt; Dcr（分岔圖中不穩(wěn)定區(qū)域）時，從系統(tǒng)相平面圖中可以觀察到，此時虛擬功角軌跡由初始點（“○”）開始，逐漸脫離穩(wěn)定平衡點（“★”）的吸引，最終發(fā)散。該狀態(tài)下的虛擬功角時序圖如圖9（a） 所示，虛擬功角曲線在t =6.5 s 后驟降，且不再恢復至平衡態(tài)， 說明VSG 系統(tǒng)在該虛擬阻尼參數(shù)下并不穩(wěn)定。

當虛擬阻尼D = 0：01 gt; Dcr（分岔圖中穩(wěn)定區(qū)域）時，從系統(tǒng)的相平面圖中可以觀察到，此時虛擬功角軌跡從初始點逐漸收斂到穩(wěn)定平衡點，該狀態(tài)下的虛擬功角時序圖如圖9（b） 所示。該狀態(tài)下的虛擬功角曲線經(jīng)過短時間振蕩后又恢復至穩(wěn)定值，說明VSG 系統(tǒng)在該虛擬阻尼參數(shù)下可以保持穩(wěn)定運行，該趨勢與分岔圖（圖7）是一致的。

由上述分析可知，當VSG 系統(tǒng)中虛擬阻尼發(fā)生變化時，系統(tǒng)的結構也將發(fā)生變化。如果系統(tǒng)狀態(tài)在穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，系統(tǒng)在運行過程中具有一定的可調(diào)節(jié)能力；如果系統(tǒng)狀態(tài)落在穩(wěn)定區(qū)間外，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。虛擬阻尼參數(shù)的合理取值對VSG 的穩(wěn)定運行起到至關重要的作用。

3 仿真驗證

運用Matlab/Simulink 仿真平臺搭建VSG 控制系統(tǒng)，采用430 V 直流恒壓源為VSG 提供直流電壓，假設電網(wǎng)頻率ω0 = ωg且恒定不變。分別在有功功率突變與頻率跌落的情況下對如下3 種不同的參數(shù)選取方案進行仿真實驗，驗證所提自適應調(diào)節(jié)方案的有效性。方案1：虛擬慣量Jv = 0.02，虛擬阻尼D = 0.1；方案2：虛擬慣量采取自適應策略，虛擬阻尼D = 0.1；方案3：虛擬慣量與虛擬阻尼均采用自適應策略。

3.1 頻率跌落下的系統(tǒng)調(diào)節(jié)

對VSG 頻率跌落情況下的動態(tài)響應進行實驗，初始時刻t = 0 s 時系統(tǒng)角速度為376.99 rad/s，t = 1 s 時在VSG 控制系統(tǒng)中加入0.1 Hz 的頻率跌落。圖10 展示了3 種不同方案下的頻率變化曲線，圖中：藍色曲線為方案1（固定參數(shù)）情況下系統(tǒng)中出現(xiàn)擾動時角頻率的變化曲線；紅色曲線為方案2（虛擬慣量自適應，虛擬阻尼固定）情況下系統(tǒng)中出現(xiàn)擾動時角頻率的變化曲線；黑色曲線為方案3（虛擬慣量與虛擬阻尼均自適應調(diào)節(jié)）情況下系統(tǒng)中出現(xiàn)擾動時角頻率的變化曲線。

從圖中可以看出：固定參數(shù)情況下，當系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率擾動后，系統(tǒng)所需要的調(diào)節(jié)時間較長，超調(diào)量大，恢復穩(wěn)定狀態(tài)的速度較慢；虛擬慣量與虛擬阻尼自適應調(diào)節(jié)情況下，系統(tǒng)在出現(xiàn)頻率跌落后能夠快速恢復到平衡狀態(tài)，在調(diào)節(jié)的過程中表現(xiàn)出更小的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，說明控制參數(shù)采用自適應策略能夠改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的固定參數(shù)的VSG 控制方法相比，本文所提出的方法具有更優(yōu)的控制效果。

3.2 有功功率突變下的系統(tǒng)調(diào)節(jié)

設置系統(tǒng)有功初始值Pin=100 W，在t =1 s 處，施加有功涌入ΔPin=30 W，觀察有功功率擾動下VSG 系統(tǒng)角頻率的動態(tài)響應特性，仿真結果如圖11 所示。從圖中可以看出：固定參數(shù)情況下，系統(tǒng)在受到擾動后需要較長的調(diào)節(jié)時間，系統(tǒng)超調(diào)量較大；虛擬阻尼固定–虛擬慣量自適應調(diào)節(jié)的情況下，系統(tǒng)超調(diào)量大于固定參數(shù)情況下的超調(diào)量，這是由于系統(tǒng)虛擬慣量的大小與虛擬阻尼大小不匹配，使得VSG 控制效果不理想；虛擬慣量與虛擬阻尼自適應調(diào)節(jié)情況下，系統(tǒng)在出現(xiàn)頻率跌落后能夠快速恢復穩(wěn)定到平衡狀態(tài)，在調(diào)節(jié)的過程中超調(diào)量是3 種方案中最小的，并且調(diào)節(jié)時間最短。

4 結 論

為了提升新能源并網(wǎng)變流器運行穩(wěn)定性，本文在傳統(tǒng)VSG 控制的基礎上，提出了虛擬慣量與虛擬阻尼自適應調(diào)節(jié)的控制策略。研究了VSG 系統(tǒng)狀態(tài)隨虛擬阻尼、虛擬慣量參數(shù)變化而產(chǎn)生的分岔現(xiàn)象，結合根軌跡分析結果，確定了虛擬阻尼與虛擬慣量的調(diào)節(jié)區(qū)間。仿真結果驗證了本文所提自適應調(diào)節(jié)策略在VSG 系統(tǒng)動態(tài)響應能力提升方面的有效性，該策略使變流器能夠自主提供必要的慣量與電壓支撐，確保新能源發(fā)電系統(tǒng)在弱電網(wǎng)環(huán)境下也能穩(wěn)定運行。

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（編輯：丁紅藝）

基金項目：國家自然科學基金資助項目（51777126）；上海市青年科技英才揚帆計劃（22YF1429500）