魏力超，王晨軒，章澤磊，汪 震

（浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310027）

0 引 言

近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)2030年前二氧化碳排放達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)[1，2]，我國(guó)正逐步構(gòu)建高比例新能源、高比例電力電子設(shè)備的新型電力系統(tǒng)。隨著在新型電力系統(tǒng)中電力電子變流器占比的不斷增加，傳統(tǒng)電網(wǎng)特性正在發(fā)生轉(zhuǎn)變[3，4]。在高比例電力電子設(shè)備的電力系統(tǒng)中，電壓源型變流器的占比正快速攀升，并在實(shí)際工程中得到了充分認(rèn)可。尤其是，基于電壓源型變流器的柔性直流輸電技術(shù)具有響應(yīng)速度快、控制靈活、輸出諧波少、適合向無(wú)源系統(tǒng)供電等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[5-7]。我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展極其迅速，并取得了多項(xiàng)成功案例[8]。

電壓源型變流器的控制模式可以分為跟網(wǎng)型（grid-following，GFL）和組網(wǎng)型（grid-forming，GML）[9]。目前的電壓源型變流器一般采用跟網(wǎng)型控制，跟網(wǎng)型變流器利用鎖相環(huán)（phase locked loop，PLL）跟蹤交流電網(wǎng)電壓來(lái)提供輸出電壓的相位角，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步。電力電子設(shè)備的大量接入會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)強(qiáng)度大幅度降低[10]，而電網(wǎng)強(qiáng)度對(duì)鎖相環(huán)的控制性能有著重要影響。特別是系統(tǒng)短路比（short circuit ratio，SCR）常被用來(lái)描述電網(wǎng)的強(qiáng)度[11]。文獻(xiàn)[12]的研究結(jié)果表明，在弱電網(wǎng)下鎖相環(huán)與電流控制會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的耦合現(xiàn)象，對(duì)電流控制的穩(wěn)定裕度造成較大影響，一個(gè)小的擾動(dòng)就會(huì)引起電網(wǎng)頻率的較大波動(dòng)和偏差。為了改善跟網(wǎng)型變流器的頻率響應(yīng)，學(xué)者們提出了基于PLL的下垂控制[13]和基于PLL的虛擬同步發(fā)電機(jī)（virtual synchronous generator，VSG）控制[14]等改進(jìn)的跟網(wǎng)型控制方法。但是，在弱電網(wǎng)下這些方法依舊會(huì)降低變流器的穩(wěn)定性，引起頻率振蕩等問(wèn)題。

針對(duì)跟網(wǎng)型變流器存在的問(wèn)題，能夠在弱電網(wǎng)下為提供系統(tǒng)可靠頻率支撐能力的組網(wǎng)型變流器被提出[15]。組網(wǎng)型變流器最初被設(shè)計(jì)為定電壓/頻率（VF）控制，它作為一個(gè)理想的電壓源，能夠形成穩(wěn)定的交流電壓，但由于輸出的電壓和頻率恒定，只能應(yīng)用于無(wú)源電網(wǎng)[16]。當(dāng)其應(yīng)用于有源電網(wǎng)時(shí)，需在VF控制的基礎(chǔ)上增添功率控制外環(huán)，組網(wǎng)型變流器的基本思想在于通過(guò)調(diào)節(jié)功率從而輸出電壓幅值和相位的給定值，因此不需要借助鎖相環(huán)便可實(shí)現(xiàn)同步。目前，應(yīng)用最為廣泛的是組網(wǎng)型下垂控制[17]，另外還有匹配控制[18]、虛擬振蕩器控制[19]等非線性控制方法。

隨著柔性直流系統(tǒng)中換流站容量的不斷增大，使其參與交流電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)具有重要意義。目前的柔性直流系統(tǒng)中大多數(shù)采用跟網(wǎng)型換流站，無(wú)法靈活地參與系統(tǒng)調(diào)頻，在弱電網(wǎng)下可能會(huì)有更嚴(yán)重的穩(wěn)定問(wèn)題[20]。在柔性直流輸電系統(tǒng)中應(yīng)用組網(wǎng)型換流站，能夠改善系統(tǒng)在弱電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。

對(duì)于柔性直流系統(tǒng)參與交流電網(wǎng)調(diào)頻的控制策略，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[21]提出了一種基于頻率下垂思想的控制策略，并在兩端柔性直流系統(tǒng)中驗(yàn)證了方法的可行性。文獻(xiàn)[22]通過(guò)添加虛擬慣性環(huán)，在下垂系數(shù)中考慮了頻率偏差，能夠在一定程度上穩(wěn)定頻率，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)頻率的無(wú)差控制。文獻(xiàn)[23]采用下垂控制、VSG控制等控制策略，加快了柔性直流系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)速度，有益于交流系統(tǒng)間進(jìn)行頻率支援。文獻(xiàn)[24]對(duì)柔直換流站參與系統(tǒng)調(diào)頻的VSG方法進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)直流電壓進(jìn)行了協(xié)調(diào)控制，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。文獻(xiàn)[25]為了改善柔直換流站參與調(diào)頻過(guò)程中的暫態(tài)波動(dòng)，將自適應(yīng)虛擬慣性控制應(yīng)用到柔性直流輸電系統(tǒng)。文獻(xiàn)[26]提出一種無(wú)需鎖相環(huán)的換流站控制方式，使柔直換流站對(duì)交流電網(wǎng)體現(xiàn)為電壓源，解決了柔性直流系統(tǒng)并入弱電網(wǎng)的諧振問(wèn)題。

本文針對(duì)柔性直流系統(tǒng)連接弱電網(wǎng)時(shí)由于跟網(wǎng)型換流站中鎖相環(huán)的非線性引起的頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，提出了無(wú)需鎖相環(huán)的組網(wǎng)型VSG控制策略。該控制策略在換流站輸出的有功功率、無(wú)功功率與交流電網(wǎng)的頻率、電壓之間建立了一定的函數(shù)關(guān)系，并且不依賴(lài)鎖相環(huán)跟蹤系統(tǒng)頻率，使得柔性直流系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下?lián)碛辛己玫念l率調(diào)節(jié)能力。最后，在PSCADEMTDC仿真平臺(tái)上搭建了三端VSC-MTDC系統(tǒng)對(duì)所提控制策略的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 跟網(wǎng)型柔直換流站頻率控制策略

典型的跟網(wǎng)型變流器的等效電路如圖1所示[9]，其外特性表現(xiàn)為與阻抗Z并聯(lián)的受控電流源，其中P*和Q*分別表示變流器輸出有功功率和無(wú)功功率的參考值；V1為交流電網(wǎng)電壓。跟網(wǎng)型變流器通過(guò)控制輸出電流來(lái)控制其輸出功率。

圖1 跟網(wǎng)型變流器的等效電路

1.1 跟網(wǎng)型變流器控制結(jié)構(gòu)

跟網(wǎng)型變流器的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，變流器控制結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：采樣、鎖相環(huán)、功率控制外環(huán)、電流控制內(nèi)環(huán)以及PWM發(fā)生器。

圖2 跟網(wǎng)型變流器的控制結(jié)構(gòu)

變流器采樣得到的信號(hào)均存在于三相abc靜止坐標(biāo)系中，為了簡(jiǎn)化控制器的設(shè)計(jì)，變流器通常在兩相dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中控制。為此，首先需要通過(guò)如式所示的變換矩陣對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換。

其中，鎖相環(huán)通過(guò)跟蹤交流電網(wǎng)電壓獲得的相位角θ作為坐標(biāo)變換時(shí)使用的坐標(biāo)角。功率控制外環(huán)根據(jù)不同的控制要求調(diào)節(jié)不同的變量，包括有功功率、無(wú)功功率、直流側(cè)電壓和交流側(cè)電壓，其輸出值被作為電流控制內(nèi)環(huán)的輸入信號(hào)。電流控制內(nèi)環(huán)通過(guò)比例積分控制器（PI）調(diào)節(jié)輸出電流，以獲得變流器的調(diào)制信號(hào)。

1.2 基于PLL的下垂控制

基于PLL的下垂控制是應(yīng)用最為廣泛的換流站控制策略，其控制框圖如圖3所示[13]。其中，m和n分別為有功—頻率下垂系數(shù)和無(wú)功—電壓下垂系數(shù)，L和C分別是濾波電感和濾波電容；ω0是額定頻率，V2為換流站的輸出電壓，δ是功率角，下標(biāo)d和q分別代表d軸和q軸分量。

圖3 基于PLL的下垂控制結(jié)構(gòu)

采用基于PLL的下垂控制的換流站可以對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)做出響應(yīng)，具有參與交流電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的能力。但其仍然作為受控電流源運(yùn)行，沒(méi)有獨(dú)立運(yùn)行能力，在弱電網(wǎng)中，由鎖相環(huán)引起的固有的頻率穩(wěn)定性問(wèn)題仍然是一個(gè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 基于PLL的VSG控制

基于PLL的下垂控制不具備同步發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼特征。為此，在基于PLL的下垂控制的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)虛擬慣性環(huán)，提出了一種基于PLL的VSG控制。VSG控制技術(shù)通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)機(jī)械和電磁部分，旨在為電網(wǎng)提供慣性支持[14]，由于模擬了同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，所以其天然具有參與交流電網(wǎng)頻率響應(yīng)的能力[27-29]。

基于PLL的VSG控制框圖如圖4所示。其虛擬慣性控制是根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程設(shè)計(jì)的：

圖4 基于PLL的VSG控制結(jié)構(gòu)

其中，ω為換流站的輸出頻率，Pm和Pe分別模擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率和電磁功率，Tm和Te分別模擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩，J為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；DP為阻尼系數(shù)，J的存在使VSG在頻率動(dòng)態(tài)過(guò)程中具有了虛擬慣性，DP的存在使VSG對(duì)頻率振蕩具有阻尼作用。在初始穩(wěn)定狀態(tài)下，Pm=Pe=P0，P0為額定功率。假設(shè)Pm保持不變，式（2）可以表示為：

上式反映了電磁功率變化ΔPe和頻率ω之間的動(dòng)態(tài)特性，其中ΔPe包括慣性項(xiàng)（ΔPi）和阻尼項(xiàng)（ΔPd）。將功率變化ΔPe添加到額定功率P0中以調(diào)節(jié)換流站輸出的有功功率從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率擾動(dòng)的抑制。

1.4 跟網(wǎng)型換流站的同步原理

跟網(wǎng)型換流站主要采用電流源形式進(jìn)行并網(wǎng)，同步過(guò)程需要依賴(lài)鎖相環(huán)追蹤外部電網(wǎng)的相位信息，并通過(guò)對(duì)注入電流的控制來(lái)控制功率輸出。鎖相環(huán)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，能夠直接采集外部電網(wǎng)的相位信號(hào)，并將輸出相位和參考相位的差值降到最低。如圖5所示，典型的鎖相環(huán)包含鑒相器（phase detector，PD），環(huán)路濾波器（loop filter，LF）和壓控振蕩器（voltage controlled oscillator，VCO）三個(gè)模塊[30]。

當(dāng)鎖相環(huán)開(kāi)始工作時(shí)，參考信號(hào)的頻率與VCO的固有振蕩頻率不同。因此，它們的相位差不斷變化。特別地，PD的特性周期為2π，因此PD輸出的電壓偏差量會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。這個(gè)電壓偏差量通過(guò)LF轉(zhuǎn)換成控制電壓加到VCO上，使VCO的輸出頻率趨向于參考信號(hào)的頻率，直到兩者完全相等，鎖相環(huán)達(dá)到平衡。兩個(gè)頻率之間的相位差不再隨時(shí)間改變，這時(shí)鎖相環(huán)處于“鎖定”狀態(tài)。當(dāng)參考信號(hào)發(fā)生改變時(shí)，VCO的輸出頻率隨之改變，使鎖相環(huán)重回“鎖定”狀態(tài)，這一動(dòng)態(tài)過(guò)程即為“跟蹤”過(guò)程。

2 組網(wǎng)型柔直換流站頻率控制策略

組網(wǎng)型變流器與跟網(wǎng)型變流器的工作特性不同，它表現(xiàn)為與阻抗Z串聯(lián)的可控電壓源，能夠直接控制輸出電壓以控制輸出功率，其等效電路如圖6所示[31]。其中，V*和ω*分別表示變流器電壓幅值和頻率的參考值；V1為交流電網(wǎng)電壓。相比于跟網(wǎng)型變流器，組網(wǎng)型變流器的電壓源特性和同步策略使其在弱電網(wǎng)中有更好的穩(wěn)定性。

圖6 組網(wǎng)型變流器的等效電路

2.1 組網(wǎng)型變流器控制結(jié)構(gòu)

組網(wǎng)型變流器的控制結(jié)構(gòu)如圖7所示，組網(wǎng)型變流器的采樣、電壓和電流控制以及PWM發(fā)生器與跟網(wǎng)變流器相同，在電壓/電流控制內(nèi)環(huán)上的控制方法與跟網(wǎng)型變流器也是一致的。組網(wǎng)型控制通過(guò)調(diào)節(jié)功率輸出，給定一個(gè)電壓幅值V和相位θ的設(shè)定值，該相位角θ可以看作是同步信號(hào)，作為組網(wǎng)型變流器中坐標(biāo)變換時(shí)使用的坐標(biāo)角，該電壓幅值和相位被用作電壓和電流控制內(nèi)環(huán)的給定值。最后，電壓和電流控制內(nèi)環(huán)輸出一個(gè)調(diào)制信號(hào)通過(guò)PWM發(fā)生器產(chǎn)生功率器件的觸發(fā)信號(hào)。

圖7 組網(wǎng)型變流器的控制結(jié)構(gòu)

2.2 組網(wǎng)型VSG控制

針對(duì)采用跟網(wǎng)型VSG控制的換流站在連接弱電網(wǎng)的情況下可能會(huì)因?yàn)殒i相環(huán)的非線性對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性帶來(lái)的影響，組網(wǎng)型VSG控制策略被提出。與圖3所示的基于PLL的VSG控制原理類(lèi)似，組網(wǎng)型VSG控制技術(shù)的控制思想同樣來(lái)源于式（4）的傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性。

組網(wǎng)型VSG的有功—頻率控制模擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性和調(diào)速器一次調(diào)頻過(guò)程，其表達(dá)式如下所示：

圖8中有功—頻率控制通過(guò)有功功率參考值P0與實(shí)際值Pe的偏差量實(shí)現(xiàn)對(duì)組網(wǎng)型VSG控制中虛擬轉(zhuǎn)速ω的調(diào)整，進(jìn)而利用積分器得到輸出電壓的相位參考值θ，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)型VSG控制的自同步。組網(wǎng)型VSG電壓相位參考值的產(chǎn)生過(guò)程并未使用鎖相環(huán)，避免了連接弱電網(wǎng)的情況下鎖相環(huán)對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性帶來(lái)的不利影響。

圖8 具有慣性和阻尼特性的的有功—頻率控制

組網(wǎng)型VSG的無(wú)功—電壓控制模擬同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)過(guò)程。傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)通過(guò)改變勵(lì)磁電流來(lái)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幅值，而組網(wǎng)型VSG通過(guò)檢測(cè)無(wú)功功率偏差和電壓偏差來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓幅值E，如式（5）所示。圖9給出了無(wú)功—電壓控制的控制框圖。

圖9 無(wú)功—電壓控制

其中，En是換流站空載運(yùn)行時(shí)的機(jī)端電壓，V、V0分別是換流站并網(wǎng)點(diǎn)處的交流電壓的實(shí)際值和參考值；Qe、Q0分別是換流站輸出的無(wú)功功率的實(shí)際值和參考值；kq表示無(wú)功調(diào)節(jié)系數(shù)；kv表示電壓調(diào)節(jié)系數(shù)。

2.3 組網(wǎng)型換流站的同步原理

組網(wǎng)型換流站主要采用電壓源形式進(jìn)行并網(wǎng)，與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似，組網(wǎng)型換流站通過(guò)調(diào)節(jié)其輸出有功功率實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)同步，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明其功率同步原理：

定義并網(wǎng)點(diǎn)電壓超前于交流電網(wǎng)電壓的相位差為δ，δ變化的過(guò)程即為組網(wǎng)型換流站與電網(wǎng)的同步過(guò)程，與同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程類(lèi)似，對(duì)δ的控制如下所示：其中P*和P為換流站輸出有功功率的參考值和實(shí)際值。假設(shè)初始狀態(tài)下P*＞P，那么＞0，δ逐漸增大；P與δ呈正相關(guān)關(guān)系，因此P*與P之間的差值逐漸減小，直至P*=P，此時(shí)組網(wǎng)型換流站和交流電網(wǎng)的頻率一致，電壓相位差δ不再改變，完成同步過(guò)程。

3 兩種控制模式的換流站的區(qū)別

綜上所述，跟網(wǎng)型和組網(wǎng)型換流站主要存在以下三方面的區(qū)別：（1）電網(wǎng)擾動(dòng)響應(yīng)；（2）同步方式；（3）適用條件。

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3.1 電網(wǎng)擾動(dòng)響應(yīng)的區(qū)別

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，由于其固有的電流源特性，跟網(wǎng)型換流站在擾動(dòng)瞬間將保持輸出電流恒定，在鎖相環(huán)重新追蹤到外界頻率之前，換流站的輸出電壓不可避免地會(huì)發(fā)生突變；由于其固有的電壓源特性，組網(wǎng)型換流站的內(nèi)電勢(shì)在擾動(dòng)瞬間將保持恒定，這種快速反應(yīng)優(yōu)于跟網(wǎng)型換流站，但根據(jù)擾動(dòng)大小和系統(tǒng)特性的不同，可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流站輸出電流的突變，從而危及硬件組件。

3.2 同步方式的區(qū)別

跟網(wǎng)型換流站的同步過(guò)程需要依賴(lài)鎖相環(huán)追蹤外部電網(wǎng)的相位信息，而在弱電網(wǎng)下，跟網(wǎng)型換流站中的鎖相環(huán)無(wú)法較好地追蹤系統(tǒng)頻率，在頻率事件發(fā)生初始階段，鎖相環(huán)輸出的高頻振蕩成分，容易對(duì)系統(tǒng)頻率造成較大沖擊，嚴(yán)重情況下，可能影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；對(duì)于組網(wǎng)型換流站，其不需要追蹤外界頻率而是通過(guò)功率信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步，可以較好地適應(yīng)弱電網(wǎng)。

3.3 適用條件的區(qū)別

跟網(wǎng)型換流站在強(qiáng)電網(wǎng)下具有較好的穩(wěn)定性和快速的功率響應(yīng)能力。然而在弱電網(wǎng)下，鎖相環(huán)與電網(wǎng)阻抗之間存在強(qiáng)耦合，電網(wǎng)電壓前饋和高帶寬的鎖相環(huán)控制會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度[32]。組網(wǎng)型換流站的電壓源特性和功率同步策略使其在弱電網(wǎng)中更穩(wěn)定，能夠輕松地在弱電網(wǎng)中保持同步。同時(shí)，還具有對(duì)電網(wǎng)頻率的支撐作用，調(diào)頻過(guò)程的時(shí)延短、響應(yīng)快。然而，在強(qiáng)電網(wǎng)下，組網(wǎng)型換流站功率控制環(huán)的動(dòng)態(tài)欠阻尼特性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

4 仿真分析

4.1 仿真系統(tǒng)搭建

為比較跟網(wǎng)型和組網(wǎng)型換流站在柔性直流系統(tǒng)連接弱電網(wǎng)時(shí)的調(diào)頻特性，本文基于PSCAD/EMTDC搭建了如圖10所示的三端VSC-MTDC仿真系統(tǒng)，受端電網(wǎng)SCR=2，是一個(gè)弱電網(wǎng)。換流站主要參數(shù)如表1所示。為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)直流線路壓降忽略不計(jì)，認(rèn)為所有換流站均工作于同一直流電壓下。根據(jù)最大偏差10%的規(guī)定，直流電壓的穩(wěn)定運(yùn)行范圍是380～420 k V。

表1 換流站主要參數(shù)

圖10 三端VSC-MTDC仿真系統(tǒng)

圖10中，VSC1與送端大電網(wǎng)AC1相連，采用定有功功率、定無(wú)功功率的控制方式，設(shè)定輸出有功功率500 MW，無(wú)功功率0 MVar。VSC2和VSC3與由同步發(fā)電機(jī)和負(fù)荷構(gòu)成的交流系統(tǒng)AC2和AC3相連，設(shè)定VSC2輸出有功功率-300 MW，無(wú)功功率0 MVar；設(shè)定VSC3輸出有功功率-200 MW，無(wú)功功率0 MVar。其中VSC2與VSC3采用相同的控制方式，可選的控制策略有：

1）跟網(wǎng)型VSG控制（圖中以黑線表示）；

4.2 仿真驗(yàn)證

當(dāng)t=2 s時(shí)刻，交流電網(wǎng)AC2負(fù)荷增加30 MW，VSC2和VSC3采用兩種不同控制方法下的仿真結(jié)果如圖11所示。

如圖11（a）黑實(shí)線所示，當(dāng)VSC2和VSC3采用跟網(wǎng)型VSG控制時(shí)，AC2的頻率下降到49.36 Hz，且在擾動(dòng)發(fā)生的5 s后AC2的頻率才逐漸回升，恢復(fù)頻率穩(wěn)定的時(shí)間是30 s左右，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的頻率偏差為0.1 Hz。如圖11（a）紅實(shí)線所示，當(dāng)VSC2和VSC3采用組網(wǎng)型VSG控制時(shí)，AC2的頻率下降到49.50 Hz，且在擾動(dòng)發(fā)生的3 s后AC2的頻率便逐漸回升，恢復(fù)頻率穩(wěn)定的時(shí)間是25 s左右，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的頻率偏差為0.05 Hz。

仿真結(jié)果表明，在弱電網(wǎng)下組網(wǎng)型控制相較于跟網(wǎng)型控制有更快的頻率響應(yīng)速度，能夠減小系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)的頻率波動(dòng)，使系統(tǒng)更快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且穩(wěn)態(tài)時(shí)的頻率偏差更小，仿真結(jié)果與前文理論分析一致。

如圖11（e）所示，當(dāng)換流站采用組網(wǎng)型VSG控制時(shí)，發(fā)生負(fù)荷擾動(dòng)后系統(tǒng)的直流電壓在調(diào)頻過(guò)程中下降到391.9 kV，直流電壓的偏差量作為傳遞頻率偏差量的媒介，直流電壓的變化在VSC3對(duì)AC2的負(fù)荷擾動(dòng)進(jìn)行頻率支援的過(guò)程中是不可避免的，因此當(dāng)負(fù)荷擾動(dòng)進(jìn)一步增大時(shí)，在頻率調(diào)節(jié)過(guò)程中增加對(duì)直流電壓波動(dòng)的限制是必須考慮的。

圖11 AC2負(fù)荷增加30 MW仿真波形

5 結(jié)論和展望

本文對(duì)基于電壓源型變流器的柔性直流輸電系統(tǒng)中換流站的跟網(wǎng)型控制和組網(wǎng)型控制進(jìn)行比較，針對(duì)跟網(wǎng)型VSG控制在弱電網(wǎng)下存在的頻率穩(wěn)定控制問(wèn)題，提出了無(wú)需PLL的組網(wǎng)型VSG控制策略，組網(wǎng)型控制通過(guò)直接調(diào)節(jié)輸出功率來(lái)實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步，在弱電網(wǎng)下有更好的穩(wěn)定性。最后搭建了一個(gè)三端柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。理論分析和仿真驗(yàn)證均表明，跟網(wǎng)型和組網(wǎng)型換流站之間有著本質(zhì)的區(qū)別，跟網(wǎng)型換流站在強(qiáng)電網(wǎng)下有較好的穩(wěn)定性；而組網(wǎng)型換流站在弱電網(wǎng)中有較好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的電網(wǎng)支撐能力。