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系统并网技术 构网型GFM ★ 5.0

直流电压参考对构网型逆变器次同步动态特性的影响

Impact of DC Voltage Reference on Subsynchronous Dynamics in Grid-Forming Inverters

作者 Zexian Zeng · Pranjal M. Gajare · Deepak Divan · Maryam Saeedifard
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 系统并网技术
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 直流侧动态 调制指数 标称直流电压 次同步振荡 系统稳定性
语言:

中文摘要

由于直流侧动态特性对稳定性和控制具有重要影响,因此研究其在构网型逆变器中的作用已成为一个关键领域。文献中一个关键且尚未解决的问题是,在确定逆变器输出电压的调制指数时,应选择实测直流电压还是标称直流电压。本文对这两种方法所涉及的不同动态行为提供了新的见解。通过理论分析,研究表明使用标称直流电压会引入独特的低频动态特性,从而导致一种此前未被报道过的次同步振荡。这些振荡源于直流侧动态特性与构网型控制之间的相互作用,可能会给系统稳定性带来挑战。硬件在环研究验证了理论预测。

English Abstract

The influence of dc-side dynamics in grid-forming inverters has emerged as a critical area of study due to its implications for stability and control. A key yet unresolved question in the literature concerns the choice between measured and nominal dc voltage when determining the modulation index for the inverter's output voltage. This letter provides new insights into the distinct dynamic behaviors associated with these approaches. Through theoretical analysis, it demonstrates that the use of nominal dc voltage introduces unique low-frequency dynamics, leading to a previously unreported kind of subsynchronous oscillation. These oscillations, rooted in the interaction between dc-side dynamics and grid-forming control, pose potential challenges for system stability. Theoretical predictions are validated through hardware-in-the-loop studies.
S

SunView 深度解读

从阳光电源构网型逆变器产品线的技术演进角度看,这项研究揭示了直流侧电压参考选择对系统稳定性的深层影响,对我们当前的光伏并网逆变器和储能变流器产品具有重要指导意义。

研究指出,采用标称直流电压而非实测值来确定调制指数时,会引入独特的低频动态特性,导致此前未被充分识别的次同步振荡问题。这一发现对阳光电源在大规模新能源基地和独立微网项目中部署的构网型逆变器尤为关键。我们的SG3125HV-MV等大功率光伏逆变器和PowerTitan储能系统在弱电网环境下运行时,直流侧动态与构网控制的交互作用可能成为系统稳定性的隐患。

从技术成熟度评估,该研究已通过硬件在环验证,具备较高的工程应用价值。建议我们在产品开发中重点关注:一是优化直流电压检测与调制策略的协同设计,在控制算法中引入直流侧动态补偿机制;二是在PowerStack储能系统的BMS与PCS协调控制中,考虑电池侧电压波动对构网性能的影响;三是建立涵盖次同步振荡的全频段稳定性评估体系。

这项研究为我们指明了构网型逆变器控制策略优化的新方向。随着高比例新能源接入场景增多,掌握并解决这类深层次稳定性问题,将成为阳光电源巩固技术领先优势、提升产品在复杂电网环境适应性的重要突破口,特别是在海外大型储能项目和电网侧独立调频应用中具有显著的竞争价值。