Stability Optimization of Grid-following and Grid-forming Converter Parallel Systems Based on Virtual Bus Voltage Control

HE Zuoren; HUANG Yunhui; WANG Dong; TANG Jinrui; XIE Changjun; ZHOU Keliang

doi:10.20204/j.sp.2025.06003

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Stability Optimization of Grid-following and Grid-forming Converter Parallel Systems Based on Virtual Bus Voltage Control

更新时间：2025-12-10

- Stability Optimization of Grid-following and Grid-forming Converter Parallel Systems Based on Virtual Bus Voltage Control
- Vol. 53, Issue 6, Pages: 19-27(2025)
- 作者机构：
  
  1. 武汉理工大学自动化学院,湖北,武汉,430070
  2. 武汉理工大学深圳研究院,广东,深圳,518000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.06003
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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何佐仁,黄云辉,王栋,唐金锐,谢长君,周克亮.基于虚拟母线电压控制的跟网型与构网型并联系统稳定性优化[J].智慧电力,2025,53(6):19-27.

HE Zuoren, HUANG Yunhui, WANG Dong, et al. Stability Optimization of Grid-following and Grid-forming Converter Parallel Systems Based on Virtual Bus Voltage Control[J]. 2025, 53(6): 19-27.
何佐仁,黄云辉,王栋,唐金锐,谢长君,周克亮.基于虚拟母线电压控制的跟网型与构网型并联系统稳定性优化[J].智慧电力,2025,53(6):19-27. DOI： 10.20204/j.sp.2025.06003.

HE Zuoren, HUANG Yunhui, WANG Dong, et al. Stability Optimization of Grid-following and Grid-forming Converter Parallel Systems Based on Virtual Bus Voltage Control[J]. 2025, 53(6): 19-27. DOI： 10.20204/j.sp.2025.06003.

摘要

针对跟网型与构网型变流器混合系统容量失配引发的失稳问题，提出虚拟母线电压控制策略以提升系统稳定性。首先，构建含2种变流器的并网系统小信号模型，通过特征根分析发现，低阻抗电网下构网型变流器有功容量升高会导致系统稳定性减弱甚至失稳。其次，采用虚拟母线电压控制策略，通过调整电网电压跟踪位置等效调节电网阻抗，改善系统稳定性，并分析根轨迹变化规律，探讨控制参数对混合系统稳定性的影响。最后，利用Matlab/Simulink搭建混合模型，开展时域仿真及硬件在环实验验证。仿真与实验结果表明，基于虚拟母线电压控制的混合并网系统的稳定性得到明显提升。

Abstract

To address the instability issues caused by capacity mismatch in hybrid systems combining grid-following and grid-forming converters， a virtual bus voltage control strategy is proposed to enhance system stability. First， a small-signal model of a grid-connected system incorporating both converter types is established. Eigenvalue analysis reveals that in low-impedance grids， increasing the active power capacity of GFM converters weakens system stability or even induces instability. Second， the virtual bus voltage control strategy is implemented to adjust the grid voltage tracking position， equivalently regulating grid impedance and improving stability. The variation patterns of root loci are analyzed to investigate the impact of control parameters on hybrid system stability. Finally， a hybrid simulation model is developed in Matlab/Simulink， and time-domain simulations and hardware-in-the-loop （HIL） experiments are conducted for validation. Results demonstrate that the proposed virtual bus voltage control strategy significantly enhances the stability of hybrid grid-connected systems.

关键词

Keywords

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