稳定性与稳态误差约束下虚拟同步发电机无功-电压外环的协调参数设计与自适应控制方法

《Applied Sciences》：Coordinated Design and Adaptive Control of VSG Reactive-Power–Voltage Outer-Loop Parameters Under Stability and Steady-State Error Constraints

　　

摘要

虚拟同步发电机（VSG）无功-电压外环的电压调节系数和无功功率增益对系统稳定性和稳态性能具有显著影响。然而，这两个参数通常被独立设计，难以同时满足稳定性和电压调节要求。本文提出了一种在稳定性和稳态误差约束下的协调参数设计与自适应控制方法。利用小信号模型，分析了电压调节系数 k_u 和无功功率增益 k_q 对特征值分布和小信号稳定性的耦合影响。所得到的两参数稳定区域与稳态误差约束相结合，在 k_u-k_q 平面内构建联合可行域，用于协调参数选取。基于该可行域，开发了一种电压偏差驱动的自适应策略：当并网点（PCC）电压偏差超过允许阈值时，增大电压调节系数；同时，当所得参数组合不再满足稳定性约束时，减小无功功率增益。仿真结果表明，在短路比SCR = 1条件下，所提策略将PCC电压从1.17 p.u.降至1.012 p.u.，同时保持稳定运行。在所考察的SCR = 5和SCR = 10条件下同样获得了稳定的响应，为不同固定电网强度条件下的方法有效性提供了额外验证。该方法为基于VSG的并网变流器的参数整定与自适应调整提供了实用框架，特别是在发生PCC电压越限时尤为适用。