← 返回
电动汽车驱动 下垂控制 调峰调频 ★ 5.0

基于预设功率的下垂控制用于改善逆变器在大扰动下的一次频率调节

Preset Power Based Droop Control for Improving Primary Frequency Regulation of Inverters Under Large Disturbances

作者 Lei Liu · Xianjue Luo · Liansong Xiong · Junming Guo · Xiaokang Liu · Yonghui Liu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 下垂控制 调峰调频
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 下垂控制逆变器 频率调节 预设功率 不平衡功率 频率偏差
语言:

中文摘要

摘要:下垂控制逆变器在一次调频过程中,通过提供与频率偏差(FD)成正比的调频(FR)功率来减小暂态和稳态频率偏差。然而,采用功率 - 频率下垂机制时,只有以增大频率偏差为代价来增加调频功率,才能消除扰动负载与逆变器调度指令之间的差距,而这样的频率偏差很容易超过相关继电器阈值。为解决这一问题,本文提出了一种基于预设功率的下垂控制方案,该方案在发生大扰动事件之初,通过在有功功率环中快速预设一个恒定功率来修正调度指令。利用预设功率框架,调整后的调度指令能显著抑制大部分不平衡功率;因此,传统下垂控制可以通过提供较小的调频功率和较小的频率偏差来消除剩余的不平衡功率。为此,本文首先阐述了预设功率的原理是降低与频率偏差相关的下垂功率。基于上述原理,分析表明,为获得更好的调频性能,预设功率需要具备适应性和快速性。然后,详细阐述了所提控制方案的实现方式,包括预设功率的快速计算和模式切换方法。最后,实验和仿真结果验证了所提控制方案具有卓越的调频性能。

English Abstract

Droop-controlled inverters reduce transient and steady-state frequency deviations (FDs) by providing frequency regulation (FR) power proportional to the FD during primary FR. However, with the power–frequency droop mechanism, the gap between a disturbed load and an inverter's dispatch instruction can only be eliminated by increasing the FR power at the expense of increased FDs, which are thus prone to exceeding the pertinent relay thresholds. To address this issue, a preset power based droop control scheme is developed by rapidly presetting a constant power in the active power loop to modify the dispatch instruction at the beginning of a large disturbance event. With the preset power framework, the adjusted dispatch instruction significantly suppresses most of the imbalanced power; hence the traditional droop control can eliminate the remaining imbalanced power by providing a small FR power with small FDs. To this end, first, this article demonstrates that the principle of preset power is to reduce the droop power related to FDs. Based on the above principle, analysis shows that the adaptability and rapidity of the preset power are required for better FR performance. Then, the implementation of the proposed control is elaborated, including the fast calculation of the preset power and the mode switching method. Finally, the experiment and simulation results verify the superior FR performance of the proposed control.
S

SunView 深度解读

从阳光电源业务视角看,该论文提出的预设功率下垂控制技术对我司光伏逆变器和储能系统的一次调频性能提升具有重要应用价值。当前新能源装机占比快速提升,电网对逆变器参与频率调节的要求日益严格,传统下垂控制在大扰动工况下易导致频率偏差超限,触发继电保护动作,影响电网稳定性和新能源消纳。

该技术的核心创新在于通过快速预设恒定功率修正调度指令,使调整后的指令能快速抑制大部分功率不平衡,仅由传统下垂控制处理剩余小偏差,从而在保证调频效果的同时显著降低频率偏差幅度。这与我司当前面临的实际挑战高度契合:在大型光储电站并网场景中,负荷突变或故障切除常引发大功率波动,现有控制策略的响应速度和精度仍有优化空间。

从技术成熟度评估,该方案基于现有下垂控制框架改进,无需硬件升级,可通过软件算法迭代实现,具备较强的工程可行性。论文已完成仿真和实验验证,为我司产品升级提供了理论支撑。应用前景方面,该技术可直接赋能我司1500V大功率逆变器、液冷储能系统等旗舰产品,提升其在弱电网和高比例新能源场景下的并网适应性,增强市场竞争力。

技术挑战主要集中在预设功率的快速计算算法优化、多机并联工况下的协调控制,以及不同电网环境下的参数自适应整定。建议我司中央研究院开展深度评估,结合实际工程数据进行仿真验证,探索将该技术纳入下一代逆变器控制平台的可行性,抢占新型电力系统调频服务的技术制高点。