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电动汽车驱动 构网型GFM 跟网型GFL ★ 5.0

理解构网型与跟网型逆变器并联系统中的一种强迫振荡现象

Understanding a Type of Forced Oscillation in Grid-Forming and Grid-Following Inverter Connected Systems

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 构网型GFM 跟网型GFL
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 强迫振荡 并网形成逆变器 并网跟随逆变器 最大功率点跟踪 P - ω导纳模型
语言:

中文摘要

本文研究了含构网型(GFM)和跟网型(GFL)逆变器系统中的一种新型振荡现象。与以往主要关注小信号稳定性的研究不同,本文探讨了强迫振荡(FO),其中跟网型逆变器作为激励源,在构网型逆变器中引发振荡。具体而言,最大功率点跟踪(MPPT)控制产生的间谐波触发了构网型逆变器的低频振荡模式。为分析这一现象,本文首先研究了最大功率点跟踪注入的间谐波的功率特性,并在此基础上建立了含构网型和跟网型逆变器连接系统的 <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">P</i>-<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">ω</i> 导纳模型。该模型能够精确预测强迫振荡的幅值,并揭示构网型逆变器数量等因素对振荡行为的影响。为验证研究结果,进行了硬件在环实验,以验证含跟网型控制的光伏电站和构网型控制的电池储能系统的系统中观察到的行为。最后,明确指出了本文工作的优点和局限性,以提供一个全面的视角。

English Abstract

This article investigates a novel oscillation phenomenon in systems with grid-forming (GFM) and grid-following (GFL) inverters. Unlike previous studies that primarily focus on small-signal stability, this work explores forced oscillations (FOs), where GFL inverters act as excitation sources, inducing oscillations in GFM inverters. Specifically, interharmonics generated by maximum power point tracking (MPPT) control trigger low-frequency oscillation modes in GFM inverters. To analyze this phenomenon, the article first examines the power characteristics of the interharmonics injected by MPPT and leverages this understanding to develop a P-ω admittance model for GFM and GFL inverter connected systems. This model enables precise prediction of FO amplitudes and provides insights into the influence of factors such as the number of GFM inverters on oscillation behavior. To validate findings, hardware-in-the-loop experiments are performed to verify the observed behavior in a system consisting of photovoltaic farms with GFL control and battery energy storage systems with GFM control. Finally, merits and limitations of this work are explicitly highlighted to provide a balanced perspective.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文揭示的强迫振荡现象对我们的光储混合系统具有重要的工程指导意义。当前我们的产品组合中,光伏逆变器多采用跟网型(GFL)控制,而储能系统则越来越多地配置构网型(GFM)控制以提升电网支撑能力。论文指出的MPPT控制产生的间谐波诱发GFM逆变器低频振荡问题,正是我们在大型光储电站实际运行中可能遇到的潜在风险。

该研究提出的P-ω导纳模型为我们提供了量化分析工具,能够精确预测振荡幅值并评估多台GFM逆变器并联时的系统行为。这对优化我们的1500V大功率储能变流器PCS产品以及PowerTitan等集成储能系统的控制策略具有直接价值。特别是在沙特、智利等大型地面光伏电站配套储能项目中,如何协调数百兆瓦级光伏阵列与储能系统的交互稳定性是工程实施的关键挑战。

技术成熟度方面,论文已通过硬件在环实验验证,具备较高的工程可信度。建议我们的研发团队将该分析方法集成到PowerCloud云平台的监控诊断模块中,实现对强迫振荡的在线识别与预警。同时,可在MPPT算法中引入间谐波抑制策略,或在GFM控制器中设计针对性的阻尼环节。

这项研究为我们构建更稳定的新型电力系统解决方案提供了理论支撑,有助于巩固阳光电源在全球光储一体化市场的技术领先地位,尤其在弱电网和高比例新能源接入场景中的竞争优势。