随着风、光等新能源接入电网，电力电子设备在新型电力系统中的占比不断攀升，导致电网强度不断减弱。而采用构网控制的并网换流器对新型弱电网具有良好的适应性，能提供电压和频率支撑，具有广阔的应用场景。在多种构网控制策略中，虚拟同步机控制（Virtual Synchronous Generators, VSG）的应用最为广泛，其不仅能模拟传统同步发电机的下垂特性，还能为系统提供惯量。然而，由于等效阻尼不足，VSG存在低频振荡风险。为解决这一问题，通常增大VSG摇摆方程中的阻尼项以提供机电阻尼。实际上，该阻尼项的增大会受到预期下垂特性的约束，改变该阻尼项会不可避免地影响系统的下垂特性。因此，亟需提出一种阻尼优化策略，使其在不影响系统下垂特性和原稳态运行点的条件下，提升系统的阻尼水平，抑制低频振荡。
华北电力大学熊小玲副教授课题组针对VSG等效阻尼不足时可能引发的低频振荡问题，采用了系统阻尼转矩模型与小信号模型相结合、定性分析和定量计算相结合的手段，探明了复转矩模型和小信号模型之间的关系，深入分析了VSG各控制回路对系统阻尼水平的影响，揭示了VSG低频振荡机理。基于复转矩模型，提出一种在功率控制环中引入辅助支路的阻尼提升策略，成功实现了其在不影响系统原有下垂特性和稳态运行点的前提下，始终为系统提供正阻尼这一关键性能，突破了VSG低频振荡致稳策略这一关键技术，并且在宽短路比条件下，该致稳技术仍具有效性。本研究成果大幅提升了VSG的阻尼水平，有效降低了低频振荡风险，为构网型换流器的建模以及稳定性分析提供了基础理论与关键技术支撑。
▲图一 三相并网换流器实验平台
▲ 图二 阻尼提升技术
2024年8月，该研究工作的系列成果“An Additional Damping Torque Method for Low-Frequency Stability Enhancement of Virtual Synchronous Generators”连续发表在国际顶级一区SCI期刊IEEE Transactions on Power Electronics上，论文的通讯作者是新能源电力系统全国重点实验室熊小玲副教授，新能源电力系统全国重点实验室是论文唯一通讯单位。
该研究工作得到了国家自然科学基金、台达电力电子科教发展计划等项目资助，论文的表征及测试得到了武汉大学黄萌教授、丹麦奥尔堡大学Frede院士的支持。
Reference：X. Xiong, X. Li, B. Luo, M. Huang, C. Zhao and F. Blaabjerg, "An Additional Damping Torque Method for Low-Frequency Stability Enhancement of Virtual Synchronous Generators," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 39, no. 12, pp. 15858-15869, Dec. 2024
熊小玲老师简介
熊小玲，女，1984年11月生。2007年在南京航空航天大学电气工程及其自动化专业获得学士学位，2010年、2015年7月于南京航空航天大学电力电子与电力传动专业获得硕士和博士学位，师从IEEE Fellow阮新波教授。2011年2月-2012年7月，师从IEEE Fellow 谢智刚教授，于香港理工大学(Hong Kong Polytechnic University)进行联合培养。2010年7月-9月在通用电气全球研发中心(上海)Lighting部门实习。2015年入职华北电力大学电气与电子工程学院，2018年12月-2020年11月前往丹麦奥尔堡大学(Aalborg University)从事博士后研究工作，师从IEEE Fellow Frede Blaabjerg。
科研方面，与新能源电网所赵成勇教授、郭春义教授、许建中教授等一起组成先进高压直流输电团队(DC team)，团队网址http://www.vsc-hvdc.com/。主要从事电力电子化电力系统的建模和稳定性分析、先进高压直流输电系统建模、分析与控制等方面的研究工作。主持国家自然科学基金2项，国家重点研发计划子课题2项、作为主研人申请和参研国家自然科学基金联合基金1项，参与完成国家自然科学基金1项、国家重点研发计划课题1项以及电网公司科研课题多项，在国内外重要学术期刊和会议上发表研究论文60余篇。担任多项学术兼职，包括中国电源学会青年工作委员会委员，中国电源学会女性工作委员会委员等。长期担任国内外多个期刊审稿人，包括SCI一区会刊 IEEEE Tran. on Power Electronics和IEEEE Tran. on Industrial Electronics审稿人等。
