基于模型预测的光伏虚拟同步机无功电压快速控制方法

吕建国; 周袁琼; 武鹏涛; 谢群; 徐智强; 胡艺

doi:doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1793

English Version Journal Login

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于模型预测的光伏虚拟同步机无功电压快速控制方法

更新时间：2026-03-06

- 基于模型预测的光伏虚拟同步机无功电压快速控制方法
- Vol. 47, Issue 2, Pages: 76-83(2026)
- 作者机构：
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1793
  CLC： TM615
- Online First：05 March 2026，
  
  Published：05 March 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
吕建国, 周袁琼, 武鹏涛, et al. 基于模型预测的光伏虚拟同步机无功电压快速控制方法[J]. 2026, 47(2): 76-83.
DOI：

吕建国, 周袁琼, 武鹏涛, et al. 基于模型预测的光伏虚拟同步机无功电压快速控制方法[J]. 2026, 47(2): 76-83. DOI： doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1793.

摘要

为进一步解决高渗透光伏场站并网带来的电压波动及越限问题

提出一种基于模型预测的光伏虚拟同步机（VSG）无功电压快速控制方法。首先

根据虚拟同步机的无功-电压特性

建立基于VSG的无功-电压控制的动态模型。然后

根据动态模型建立基于模型预测的离散式无功-电压状态空间增量方程

考虑未来一段时间的系统并网电压差值来预测所需无功功率序列

并通过滚动优化和反馈校正不断更新并跟踪使得未来并网电压输出与参考轨迹偏差值最小

从而实现光伏VSG系统的无功电压快速控制。此外

分析该模型的闭环系统稳定性

计算特征值得到合适的权重系数

使系统满足收敛性。最后

搭建光伏场站接入两区域输电网的仿真模型

验证所提控制方法的正确性及有效性。

Abstract

To further address the voltage fluctuations and limit violations caused by the grid-connection of high-penetration photovoltaic （PV） plants

a fast reactive voltage control method for photovoltaic virtual synchronous generators （VSG） based on model predictive control （MPC） is proposed. Firstly

a dynamic model of VSG-based reactive power-voltage control is established based on its reactive power-voltage characteristics. Then

a discrete reactive power-voltage state-space incremental equation is formulated using the MPC framework. This model predicts the required reactive power capacity sequence by considering the future grid voltage error over a prediction horizon

and continuously updates and tracks the optimal solution through rolling optimization and feedback correction to minimize the deviation between the future grid voltage output and the reference trajectory

and the fast reactive power-voltage control for the PV VSG system is achieved. Besides

the closed-loop system stability of this model is analyzed. Suitable weighting coefficients are determined by calculating the system eigenvalues to ensure convergence. Finally

a simulation model of a PV plant interconnected into a two-area transmission network is established to verify the correctness and effectiveness of the proposed control method.

关键词

Keywords

references

赵剑波, 王蕾. “十四五”构建以新能源为主体的新型电力系统[J]. 中国能源, 2021, 43(5): 17-21.

舒印彪, 赵勇, 赵良, 等. “双碳”目标下我国能源电力低碳转型路径[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(5): 1663-1671.

董昱, 孙大雁, 许丹, 等. 新型电力系统电力电量平衡的挑战、应对与展望[J]. 中国电机工程学报, 2025, 45(6): 2039-2057.

蔡浩, 唐静, 施凯, 等. 光伏交直流混合微电网功率分配研究: 基于改进下垂控制策略[J]. 太阳能学报, 2025, 46(5): 227-234.

冯松杰, 魏韡. 考虑新能源消纳和电力保供的电力系统多时间尺度平衡方法[J]. 电力系统自动化, 2025, 49(4): 128-140.

LONG C, OCHOA L F.Voltage control of PV-rich LV networks: OLTC-fitted transformer and capacitor banks[J]. IEEE transactions on power systems, 2016, 31(5): 4016-4025.

李德鑫, 王佳蕊, 张家郡, 等. 基于自适应模型预测算法的光伏并网逆变器无功电压控制策略研究[J]. 可再生能源, 2021, 39(8): 1087-1093.

薛蕾, 井天军, 陈义, 等. 基于相似搜索与多开端重组的配电网两时间尺度无功协调控制[J]. 电网与清洁能源, 2019, 35(5): 10-19.

SALAMA M M, SAEID E M, MAHMOUD H M, et al.Estimating the voltage stability of electrical power systems using field programmable gate array (F.P.G.A) technique[J]. Engineering research journal, 2013, 36(19): 13-23.

方景辉, 温镇. 分布式光伏就地自适应电压控制策略研究[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(23): 49-55.

蔡永翔, 张璐, 唐巍, 等. 考虑逆变器无功充裕性的含高比例户用光伏低压配电网电压控制策略[J]. 电网技术, 2017, 41(9): 2799-2807.

SHU Z, JIRUTITIJAROEN P.Optimal operation strategy of energy storage system for grid-connected wind power plants[J]. IEEE transactions on sustainable energy, 2014, 5(1): 190-199.

俞智鹏, 汤奕, 戴剑丰, 等. 基于有功自适应调整的光伏电站无功电压控制策略[J]. 电网技术, 2020, 44(5): 1900-1907.

王键, 钱瞳, 唐文虎, 等. 基于动态调节下垂曲线的光伏逆变器两阶段协调控制策略[J]. 广东电力, 2024, 37(2): 33-46.

付利达, 贾清泉, 孙玲玲, 等. 构网/跟网型光伏逆变器混联的配电网有功无功双层调压策略[J]. 电力系统自动化, 2025, 49(12): 171-183.

李生虎, 宫俊伟, 夏伟健, 等. 含虚拟同步机光伏并网电力系统小干扰稳定约束最优潮流算法[J]. 太阳能学报, 2024, 45(12): 146-153.

RUH J, STEINER W, FOHLER G.Clock synchronization in virtualized distributed real-time systems using IEEE 802.1AS and ACRN[J]. IEEE access, 2021, 9: 126075-126094.

SUN R T, MA J P, YANG W L, et al.Transient synchronization stability control for LVRT with power angle estimation[J]. IEEE transactions on power electronics, 2021, 36(10): 10981-10985.

ZHANG X, GAO Q, HU Y H, et al.Active power reserve photovoltaic virtual synchronization control technology[J]. Chinese journal of electrical engineering, 2020, 6(2): 1-6.

XIONG X L, WU C, HU B, et al.Transient damping method for improving the synchronization stability of virtual synchronous generators[J]. IEEE transactions on power electronics, 2021, 36(7): 7820-7831.

QIN B S, XU Y H, YUAN C, et al.A unified method of frequency oscillation characteristic analysis for multi-VSG grid-connected system[J]. IEEE transactions on power delivery, 2022, 37(1): 279-289.

任佳依, 顾伟, 王勇, 等. 基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度有功无功协调调度[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(5): 1397-1407.

夏鹏, 刘文颖, 朱丹丹, 等. 基于模型预测控制的多时间尺度无功电压优化控制方法[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(3): 64-70.

杨旭红, 李辉, 金宏艳, 等. 基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制策略[J]. 太阳能学报, 2022, 43(11): 508-514.

LI P, JI J, JI H R, et al.MPC-based local voltage control strategy of DGs in active distribution networks[J]. IEEE transactions on sustainable energy, 2020, 11(4): 2911-2921.

庄红山, 亢朋朋, 赵慧杰, 等. 基于模型预测的高渗透新能源主动支撑电网无功电压快速控制方法[J]. 能源与环保, 2024, 46(12): 217-221, 227.

唐成虹, 董存, 戴睿鹏, 等. 基于模型预测控制的光伏场站快速协同无功电压控制[J]. 电力系统保护与控制, 2023, 51(17): 80-90.

DEMIROK E, GONZÁLEZ P C, FREDERIKSEN K H B, et al. Local reactive power control methods for overvoltage prevention of distributed solar inverters in low-voltage grids[J]. IEEE journal of photovoltaics, 2011, 1(2): 174-182.

何鑫, 左芸裴, 杨映海, 等. 基于虚拟同步机参数自适应调节的并网逆变器控制策略研究[J]. 太阳能学报, 2024, 45(7): 259-266.

陈虹. 模型预测控制[M]. 北京: 科学出版社, 2013.

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

RESONANCE SUPPRESSION STRATEGY FOR DC MICROGRIDS CONSIDERING STEP-DOWN TYPE CONTROL ALGORITHMS

基于数字孪生的多源协同互补供暖系统控制优化

基于扩展移相的双有源桥DC-DC变换器电流应力优化与模型预测混合控制

光储孤岛直流微电网混合模式平滑切换策略

基于三端口NSC的构网型风储一体化系统

Related Author

Zheng Feng

Wu Xudong

Zheng Zonghua

Liang Ning

杨立志

田建艳

姬政雄

戴媛媛

Related Institution

College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University

Faculty of Electric Power Engineering, Kunming University of Science and Technology

Guangdong Hengyi Energy Technology Co., Ltd.

Engineering Research Center of Ministry of Education for Photovoltaic System, Hefei University of Technology

School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University

AI问答

⁰