Stability enhancement strategy of virtual synchronous generator for cascaded multilevel converter based energy storage system under weak grid conditions

Li Xin; Chen Guozhu

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Stability enhancement strategy of virtual synchronous generator for cascaded multilevel converter based energy storage system under weak grid conditions

机译：基于跨网条件下基于级联的多电平转换器的虚拟同步发电机的稳定性增强策略

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Considering that the low-voltage and small capacity ratings of the traditional distributed energy storage system (ESS) cannot meet the increasing capacity of distributed generations, this study describes a cascaded multilevel converter-based ESS. In addition, the virtual synchronous generator (VSG) as a promising solution to enhance the system's inertia is studied. However, some studies indicate that VSG suffers from the inherent resonance near synchronous frequency under weak grid conditions, which may result in power oscillation and even deteriorate the system stability. In this work, the resonance mechanism is investigated with an established wide-band small-signal dynamic model. It is revealed that the resonance poles caused by the small impedance ratio on the AC side introduce a phase lag jump of 180 degrees, which decreases the phase margin of VSG, leading to synchronous power oscillation (SPO). The influence of control parameters on the power oscillation is investigated with the eigenvalue analysis method. Accordingly, a differential feedforward compensation-based SPO suppression strategy is proposed. The stability margins are significantly enhanced with this method. The validity of the SPO analysis and suppression method is verified with simulation and a 10 kW experimental prototype.

机译：考虑到传统分布式能量存储系统（ESS）的低压和小容量额定值不能满足分布式代代的增加的容量，这项研究描述了一种级联的多级转换器基于基于级联的ESS。此外，研究了虚拟同步发电机（VSG）作为增强系统惯性的有希望的解决方案。然而，一些研究表明，VSG在弱网格条件下的同步频率附近的固有共振，这可能导致功率振荡，甚至劣化系统稳定性。在这项工作中，通过建立的宽带小信号动态模型来研究谐振机制。据透露，由AC侧的小阻抗比引起的谐振磁极引入了180度的相滞跳跃，这降低了VSG的相位余量，导致同步功率振荡（SPO）。采用特征值分析方法研究了控制参数对功率振荡的影响。因此，提出了一种基于差分前馈补偿的SPO抑制策略。这种方法显着提高了稳定性边缘。 SPO分析和抑制方法的有效性以仿真和10 kW实验原型验证。

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来源
《Renewable Power Generation, IET》 |2020年第5期|695-704|共10页
作者
Li Xin; Chen Guozhu;
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作者单位

Zhejiang Univ Coll Elect Engn Hangzhou Peoples R China;

Zhejiang Univ Coll Elect Engn Hangzhou Peoples R China;

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