Analysis of Active Power Response Characteristics and Quantification of Power Coupling Strength in VSG under Multiple Types of Reactive Power Control

WANG Yang; LIAO Peng; YANG Mengling; XIAO Xianyong; WANG Haifeng

doi:10.20204/j.sp.2025.10009

English Version Reader LoginJournal Login

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Analysis of Active Power Response Characteristics and Quantification of Power Coupling Strength in VSG under Multiple Types of Reactive Power Control

更新时间：2025-12-19

- Analysis of Active Power Response Characteristics and Quantification of Power Coupling Strength in VSG under Multiple Types of Reactive Power Control
- Vol. 53, Issue 10, Pages: 61-69(2025)
- 作者机构：
  
  四川大学电气工程学院,四川,成都,610065
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.10009
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
移动端阅览
王杨,廖鹏,杨孟凌,肖先勇,王海风.多类型无功控制下VSG的有功响应特性分析与功率耦合强度量化[J].智慧电力,2025,53(10):61-69.

WANG Yang, LIAO Peng, YANG Mengling, et al. Analysis of Active Power Response Characteristics and Quantification of Power Coupling Strength in VSG under Multiple Types of Reactive Power Control[J]. 2025, 53(10): 61-69.
王杨,廖鹏,杨孟凌,肖先勇,王海风.多类型无功控制下VSG的有功响应特性分析与功率耦合强度量化[J].智慧电力,2025,53(10):61-69. DOI： 10.20204/j.sp.2025.10009.

WANG Yang, LIAO Peng, YANG Mengling, et al. Analysis of Active Power Response Characteristics and Quantification of Power Coupling Strength in VSG under Multiple Types of Reactive Power Control[J]. 2025, 53(10): 61-69. DOI： 10.20204/j.sp.2025.10009.

摘要

为应对跟网型新能源机组接入导致的电网支撑能力下降问题，虚拟同步发电机（VSG）技术受到广泛关注，并已在新型电力系统中得到应用。然而，与传统同步发电机不同，VSG在中低压电网运行时，高阻感比线路极易引发复杂的功率耦合现象。基于此，综合伯德图分析与相对增益理论，提出一种新型的VSG功率耦合分析框架。与现有定性分析方法不同，该方法利用伯德图的动态与稳态分析能力以及相对增益理论对耦合强度的量化能力，系统评估了比例无功控制、惯量无功控制及比例积分无功控制对VSG功率耦合强度及其有功响应特性的影响，明确了关键控制参数对耦合的作用机制，并为无功控制环的选取提供了建议。

Abstract

In response to the decline in grid support capability caused by the integration of grid-following renewable energy units， virtual synchronous generator （VSG） technology has garnered significant attention and has been widely applied in new power systems. However， unlike conventional synchronous generators， when a VSG operates in medium- and low-voltage grids， the lines with high resistance-inductance ratios can easily lead to complex power coupling phenomena. Therefore， this paper proposes a novel analysis framework for VSG power coupling by integrating Bode diagram analysis and relative gain theory. Differing from existing qualitative analysis methods， this approach utilizes the dynamic and steady-state analysis capabilities of Bode diagrams and the coupling strength quantification ability of relative gain theory to systematically evaluate the impact of proportional reactive power control， inertia-based reactive power control， and proportional-integral reactive power control on the VSG’s power coupling strength and its active power response characteristics. It identifies the key control parameters influencing coupling and provides recommendations for the selection of reactive power control loops.

关键词

Keywords

references

许钒，胡长斌，王斐然，王弋飞. 改进型并网逆变器下垂控制策略研究 [J ] .高压电器，2017，53（07）：106-112.

阮亮，王杨，肖先勇，等. 跟网型和构网型变流器动态交互特性分析 [J ] .智慧电力，2024，52（7）：103-110.

曾四鸣，梁纪峰，马燕峰，等. VSG附加自抗扰阻尼控制抑制低频振荡研究 [J ] .电网与清洁能源，2022，38（11）：27-34.

马俊鹏，李磊，迟程缤，等. 宽短路比工况下构网型逆变器功率自同步控制的稳定性分析 [J ] .电力系统保护与控制，2025，53（7）：165-173.

张建坡，柴欣茹，辛光明，等. 换相失败场景下构网型风机对送端暂态过电压影响因素分析及抑制策略研究 [J ] .智慧电力，2024，52（9）：1-8，17.

姜汉周，潘欢，纳春宁. 混合负载下基于虚拟振荡器控制的离网逆变器控制策略研究 [J ] .电力系统保护与控制，2023，51（9）：88-96.

PRABHA K. 电力系统稳定与控制 [M ] . 北京：中国电力出版社，2002.

屈子森，蔡云旖，杨欢，等. 基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步机功率解耦控制策略 [J ] . 电力系统自动化，2018，42（17）：58-66.

姜静雅，王玮，吴学智，等. 基于自适应无功功率补偿的虚拟同步机功率解耦策略 [J ] . 电工技术学报，2020，35（13）：2747-2756.

闫来清，邓熙炜，赵喆，等. 基于自适应前馈补偿的VSG功率解耦控制策略 [J ] .电力系统保护与控制，2024，52（24）：64-73.

颜湘武，崔森，贾焦心. 虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦策略 [J ] .电力系统保护与控制，2020，48（18）：102-113.

LI B，ZHOU L. Power decoupling method based on the diagonal compensating matrix for VSG-controlled parallel inverters in the microgrid [J ] . Energies，2017，10（12）：2159.

李武华，王金华，杨贺雅，等. 虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略 [J ] . 中国电机工程学报，2017，37（2）：381-391.

LI C，YANG YQ，MIJATOVIC N，et al. Frequency stability assessment of grid-forming VSG in framework of MPME with feedforward decoupling control strategy [J ] . IEEE Transactions on Industrial Electronics，2021，69（7）：6903-6913.

孙大卫，刘辉，吴林林，等. 虚拟同步发电机对低频振荡的影响建模与特性分析 [J ] . 电力系统自动化，2020，44（24）：134-144.

LONG B，YANG WD，ZHU SH，et al. Power-frequency admittance model of multi-VSGs grid-connected system considering power coupling [J ] . International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2024，155：109513.

罗朝旭，刘洋，罗钦，等. 基于动态下垂系数的低压微电网无功控制策略 [J ] . 电力建设. 2022， 43（1）：78-86.

任明炜，邵聪，施凯，等. 基于改进型虚拟阻抗的虚拟同步发电机动态功率解耦控制 [J ] . 发电技术， 2025， 46（4）： 797-806.

MOHAMMED N，ZHOU WH，BAHRANI B. Impacts of the reactive power control on the small-signal stability of grid forming inverters [C ] .2023 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies-Asia （ISGT Asia），Auckland，NewZealand，IEEE，2023：1-5.

JOSEP M G，JUAN C V and REMUS T. Hierarchical control of droop-controlled DC and AC microgrids—a general approach towards standardization [C ] . 2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics，Porto，Portugal，2009，pp. 4305-4310.

ZHONG Q C，PHILONG N，MA Z Y. et al . Self-synchronized synchronverters：inverters without a dedicated synchronization unit[J ] . IEEE Transactions on Power Electronics，2014,29（2）：617-630.

TOSHINOBU S，YUSHI M and TOSHIFUMI I. Oscillation Damping of a Distributed Generator Using a Virtual Synchronous Generator [J ] . IEEE Transactions on Power Delivery，2014，29（2）：668-676.

杜建鹏，赵晋斌，曾志伟，等. 基于虚拟功角功率控制的VSG增强功率解耦策略 [J ] .中国电机工程学报，2024，44（22）：8808-8819.

ZHANG L D，LENNART H，HANSPETER N. Power-synchroniza-tion control of grid-connected voltage-source converters [J ] .IEEE Transactions on Power Systems，2010，25（2）：809-820.

李威，马美玲，孙伟卿. 考虑功率耦合的构网型多VSG系统频率振荡特性分析 [J ] .电力工程技术，2025，44（2）：44-54.

谢震，杨曙昕，代鹏程，等. 构网型全功率风电机组网侧变流器耦合分析及抑制策略 [J ] . 电工技术学报，2023，38（14）：3745-3758.

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research on Power Oscillation Damping Based on SMES Outer Ring Control Strategies

Overview of Reasons for Generator-induced Power Oscillations & its Suppression Measures

Power Oscillation Suppression Strategy of Virtual Synchronous Generator Based on Power Decoupling Control

VSG based Improved Virtual Damping Control Strategy and Characteristics Analysis

Power Oscillation Suppression Method for VSG Parallel System Based on Dynamic Damping Enhancement

Related Author

DU Yi

LI Jin-bin

HE Da

YUE Li

XU Yanhui

MIAO Lu

WU Shuangxi

GAO Haixiang

Related Institution

Guangzhou Power Supply Bureau

Hubei Electric Power Research Institute

School of Electrical Engineering， Wuhan University

Electric Power Dispatching and Control Center of Guangdong Power Grid Co. Ltd

School of Electric and Electronic Engineering， North China Electric Power University

AI问答

⁰