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考虑电流限制的逆变器型微电网暂态稳定性分析与增强
Transient Stability Analysis and Enhancement of Inverter-Based Microgrid Considering Current Limitation
| 作者 | Dashuang Li · Qiuye Sun · Rui Wang · Zhengqi Sui |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 构网型GFM 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电流源互联微电网 暂态同步稳定性 大信号同步模型 动态电流控制 抗积分饱和策略 |
语言:
中文摘要
受当前限流限制的影响,构网型逆变器(GFM)在电网故障时会转变为电流源,这会使基于逆变器的微电网失去电压支撑,进而转变为电流源互联微电网(CSIM),这可能会恶化系统的暂态同步稳定性(TSS)。此前尚未对该问题进行过研究。为此,本文提出了一种 CSIM 暂态同步稳定性的分析与增强方法。首先,推导了 CSIM 的大信号同步模型,该模型考虑了 GFM 限流策略的影响以及 GFM 与跟网型逆变器(GFL)之间的动态交互。其次,通过构建李雅普诺夫能量函数,得到了暂态同步稳定性判据,并研究了参数对稳定性的影响。基于该稳定性判据,明确描述了 GFL 电流参考值的可行区域。因此,提出了一种 GFL 的动态电流控制方法,该方法能够很好地解决平衡点缺失的问题并增强暂态稳定性。同时,提出了一种考虑同步稳定性约束的 GFM 新型抗积分饱和策略,该策略有助于 GFM 的故障恢复。最后,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
English Abstract
Affected by the current limitation, grid-forming inverters (GFMs) will transition to a current source under grid faults, which makes the inverter-based microgrid lose the voltage support and then be switched to a current source interconnection microgrid (CSIM). It may deteriorate the system's transient synchronization stability (TSS). This issue has not been studied previously. To this end, this article proposes an analysis and enhancement method of TSS of CSIM. First, a large signal synchronization model of CSIM is derived, which takes into account the effect of the current limitation strategy of GFMs and the dynamic interactions between GFMs and grid-following inverters (GFLs). Second, by constructing the Lyapunov energy function, the criterion of TSS is obtained and the impacts of parameters on stability are investigated. Based on the stability criterion, the feasible region of current references of GFLs is clearly described. Therefore, a dynamic current control method of GFLs is proposed. It can well address the absence of equilibrium points (EPs) and strengthen the transient stability. Meanwhile, a novel antiwindup strategy of GFMs considering synchronization stability constraint is proposed, which can contribute to the fault recovery of GFMs. Finally, simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed methods.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于逆变器微电网暂态稳定性的研究具有重要的战略意义。随着公司在分布式光伏、储能系统和微电网领域的深度布局,构网型逆变器(GFM)技术已成为新一代产品的核心竞争力。该论文揭示的电流限幅导致的稳定性问题,正是我们在实际工程中面临的关键挑战。
论文的核心价值在于系统性地分析了故障工况下GFM从电压源向电流源转换时的暂态同步稳定问题。这对阳光电源的储能变流器和光储一体化解决方案尤为重要。当前我们的1500V储能系统和户用光储产品在电网故障时需要快速响应,而电流限幅保护与系统稳定性之间的矛盾一直制约着故障穿越能力的提升。论文提出的李雅普诺夫能量函数分析方法,可直接应用于我们产品的控制策略优化,特别是在多逆变器并联场景下的协调控制。
论文提出的跟网型逆变器(GFL)动态电流控制方法和GFM抗饱和策略,为我们提供了明确的技术路径。这些方法可集成到我们的PowerTitan储能系统和SG125HV光伏逆变器的控制算法中,增强系统在弱电网和微电网场景下的鲁棒性。从技术成熟度看,该研究已有仿真和实验验证,具备工程化应用基础。
技术挑战主要体现在:不同拓扑和容量等级产品的参数整定需要大量测试验证;多机系统的实时计算复杂度可能对控制器硬件提出更高要求。但这同时也是技术机遇——通过掌握这一核心算法,可在高端微电网市场形成差异化优势,特别是在工商业储能和海岛微电网等对稳定性要求严苛的应用场景中建立技术壁垒。