一种基于H∞优化的强化自适应VSG控制方法，用于提升以光伏发电为主的电力系统的整体稳定性

《IEEE Transactions on Power Systems》：An H∞ -Optimization Reinforced Adaptive VSG Control to Improve the Overall Stability of a PV-Dominated Power System

虚拟同步发电机（VSG）参数优化与自适应控制策略研究|光伏并网系统|小信号振荡抑制|H∞优化方法|电力系统稳定性分析

　　

摘要：

无惯性可再生能源（如太阳能光伏（PV）系统）的广泛集成带来了一系列稳定性挑战。虚拟同步发电机（VSG）作为一种有前景的解决方案应运而生，用于解决低惯性问题。然而，将大量由VSG控制的PV电站集成到电力系统中可能会由于VSG与PV逆变器控制之间的动态相互作用而引入额外的振荡。本文部署了大量商用规模的VSG控制的PV单元，以分析其对小信号振荡的影响。随后，提出了一种基于H∞的VSG参数优化方法来提高小信号稳定性。同时建立了一种系统的模态分析程序，以确定VSG参数自适应变化的最大和最小范围，从而进一步提高大信号稳定性。这些优化和自适应特性被结合在H∞优化增强型（HORA）VSG控制中，以提升以PV为主导的电网的整体稳定性。将所提出的HORA VSG控制性能与非自适应和传统自适应VSG控制技术进行了比较。研究在IEEE 68节点、16台发电机的电力系统上进行，通过MATLAB/Simulink平台进行了频率域和时间域分析，并通过多种案例研究进行了验证。

引言

减少温室气体排放的迫切需求，加上全球能源需求的增长，促使可再生能源（RESs）在电网中的集成程度显著提高。太阳能光伏（PV）系统是增长最快的可再生能源，预计到2050年将供应全球35%的电力需求[1]。在传统的电力系统中，化石燃料驱动的同步发电机（SGs）天然具有较高的惯性和自然阻尼，有助于在大扰动期间维持系统稳定性。相比之下，PV系统没有物理惯性，而是通过逆变器连接到电网。因此，由于逆变器及其控制的参与，未来的电网可能会经历惯性的降低和电网动态的变化[2]。无惯性的PV系统通常适用于在小扰动期间维持稳定性，因为其快速的动态响应增强了低频振荡（LFOs）的阻尼[3]。然而，PV系统中缺乏惯性支持会增加频率变化率（RoCoF），并恶化频率的最低点/最高点，使得以PV为主导的电网在大扰动下更容易出现不稳定[4]。为应对低惯性问题，虚拟同步发电机（VSG）作为一种有效的解决方案应运而生[5]。VSG概念允许逆变器通过虚拟地引入惯性和阻尼特性来模拟物理旋转发电机的瞬态行为。这种方法提高了系统的RoCoF、频率响应和在大扰动下的穿越能力。然而，设计不当的VSG参数（如惯性常数和阻尼系数）可能会对LFOs产生负面影响。