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一种基于VSG控制的光伏电站对多机系统的低频振荡自适应控制策略

周昕怡，成庶，伍珣，饶新亮，刘畅，赵俊栋

(1.中南大学交通运输工程学院，湖南长沙，410083；2.国网长沙供电公司，湖南长沙，410035)

世界能源危机和环境问

VSG 的基本原理是通过在控制中引入同步电发机的转子运动方程来模拟其暂态特性，使分布式发电系统具有惯性和阻尼特性[10]。虚拟同步机继承了传统同步机的机电暂态特性与振荡特性[11]。在电力互联的时代，当大区域之间联络线上的功率出现振荡时，基于VSG 控制的大规模光伏电站应具有抑制其低频振荡的作用。文献[12]针对VSG控制策略引入的虚拟惯性和虚拟阻尼，提出了VSG 参数自适应控制策略，以提高低频振荡模式的阻尼和直流侧电压的稳定性。文献[13−14]在文献[12]的基础上增加了虚拟阻尼的自适应控制，以实现频率的快速稳定。文献[15−19]对系统惯性进行自适应改进，通过实时选择不同的虚拟惯量来实现快速平抑频率波动。文献[12−19]的研究与大部分关于VSG 虚拟惯性和虚拟阻尼的自适应策略研究相似，通过自适应参数调节来增强系统阻尼，提高VSG 并网的动态性能，但忽略了VSG 参数、并网容量等因素对系统低频振荡模式的影响。对于含储能系统的传统大型光伏电站，文献[20]和[21]均利用有功附加阻尼控制器提高系统阻尼，但控制结构较复杂。文献[20]采用广域输电线路有功微分信号实现自适应阻尼控制，取得了较好效果。文献[21]将自抗扰控制引入附加阻尼的控制中以抑制低频振荡联络线上的功率振荡。对于区间振荡，文献[22]采用广域发电机的角速度作为广域阻尼控制器输入，有效提高了区间振荡模式的阻尼比，但没有考虑广域通道的延时。文献[23]认为单个发电机角速度在系统各低频振荡模式中的影响(即可观性)最小，不适合作为输入信号。相对于发电机状态变量，线路功率便于量测，这也是输出反馈控制比状态反馈控制更实用的原因。因此，本文以四机两区系统为例，首先采用模式分析法对比分析VSG 接入前后对低频振荡模式尤其区间振荡模式的影响；其次，分析VSG关键参数和VSG渗透率对于系统阻尼的影响，得出虚拟惯性和虚拟阻尼对于低频振荡模式的影响趋势；最后，针对大区域互联系统中危害较大的联络线功率低频振荡，提出一种基于广域信号控制的综合控制策略，以增强系统阻尼，缩短振荡的平息时间，并通过DIgSILENT仿真分析验证该策略的有效性。

1 虚拟同步发电机及其控制建模

1.1 VSG本构模型

VSG 主要通过模拟同步发电机的转子运动方程来获得虚拟惯性和虚拟阻尼，其转子运动方程为[11]