In the modern power grid, distributed generators are widely connected to the grid via voltage source converters (VSCs). Analyzing the transient stability of VSCs under large disturbances is useful for maintaining the security of the grid. However, this topic is very little studied. In this paper, the transient stability behavior of the droop-controlled VSC is theoretically explained. In particular, it is shown that transient instability can occur to the droop-controlled VSC when its current is saturated under large disturbances. In addition, the dynamics of the VSC under voltage sags that could incur instability problem is elaborately studied to consider special non-fault disturbances. To deal with this instability problem, a stability enhanced P-f droop control is proposed. Simulations and hardware-in-the-loop experiments verify the validity of the transient stability analysis and the effectiveness of the proposed control scheme.

Voltage-source converters (VSCs) are widely used in renewable energy sources as the grid interface, e.g., wind turbine generators and photovoltaics. These VSCs control the dc-link capacitor voltage and the reactive power output to track the reference values, which generally apply phase-locked loop (PLL) for grid synchronization. However, the dynamic performance of the conventional PLL can be deteriorated when the VSC is integrated into weak grids, which may even cause instability of the VSC. In this paper, a virtual synchronous control (ViSynC) is proposed for VSCs, which utilizes the dynamics of the dc-link capacitor to realize self-synchronization. Grid synchronization mechanism of the ViSynC-based VSC is particularly analyzed in this paper. The ViSynC-based VSC can provide inertial responses to the grid, and has the advantage that it can operate normally under weak grid conditions without any modification of the grid synchronization unit. Furthermore, virtual impedance and Q-V droop control can be easily implemented in the control structure of the ViSynC. Simulations based on MATLAB/ Simulink and hardware-in-the-loop real-time simulations based on RT-LAB verify the effectiveness of the proposed ViSynC.