世界能源危机和环境问题的不断加剧,推动了风能、太阳能等可再生能源的规模化发展。电力电子变流器作为可再生能源和电力系统的重要接口,通过先进的控制技术,模拟同步发电机的特性,被视为解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。由此,催生了虚拟同步发电机控制技术。本文聚焦虚拟同步发电机控制技术中的同步频率谐振问题,通过推导精确的动态模型,探索同步频率谐振的产生机理及其抑制策略。1.推导了适用于宽频域的虚拟同步发电机动态矢量模型,与同步发电机的经典模型对比,该模型包含电感磁链的动态过程,适用于虚拟同步发电机的静态和动态性能分析。基于动态矢量模型,推导了有功-功角和无功-电压的小信号关系式,揭示了同步频率谐振的产生机理。并详细分析了同步频率谐振对系统稳定性的影响。通过8kVA的实验平台验证了上述理论分析的正确性。2.求解了虚拟同步发电机变量之间的耦合关系,建立了动态耦合模型。发现有功-无功的耦合效应加剧了同步频率谐振,等效于“负阻尼”的作用,进一步降低了系统的稳定裕度。而且耦合效应随着有功控制环和无功控制环带宽的增大而增强。最后通过实验结果对比,验证了有功功率和无功功率的动态耦合效应。3.根据同步频率谐振的产生机理,从优化控制参数和增大阻尼系数的角度出发,分别提出了适用于有功控制环和无功控制环的谐振抑制策略,并阐述了抑制方案的实现方法和物理意义。最后,通过实验验证了提出的谐振抑制策略的有效性。本文通过建立虚拟同步发电机的动态数学模型,揭示了虚拟同步发电机固有的同步频率谐振问题及其影响。针对谐振问题,提出了行之有效的抑制方案,为虚拟同步发电机的控制系统设计提供了理论指导。