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控制与算法 构网型GFM ★ 5.0

面向构网型变流器的低电压穿越算法

Low-Voltage Ride-Through Algorithm for Grid-Forming Converters

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中文摘要

近年来,可再生能源日益融入电力系统,导致电网运行发生了重大变化。电力电子变流器主要用于将这些发电厂接入电力系统,作为现代电力系统中的关键组件,电网形成(GFM)变流器应运而生,它能够在无需同步发电机(SG)的情况下自主建立并维持系统稳定。故障期间的电流贡献是同步发电机与电力变流器的主要区别之一,这可能会影响保护系统。最新的电网规范要求在发生故障时快速注入电流。本文根据欧盟委员会法规(EU)2016/631和西班牙技术监督标准的要求,提出了一种基于虚拟磁链定向的电网形成变流器低电压穿越控制策略。为验证该控制算法,搭建了一个硬件测试平台,该平台由两个直流电压源组成,模拟为电压源变流器的直流母线供电的光伏电站,最后还包括一个电网模拟器,可在其中设置不同的电压故障。

English Abstract

In recent years, the increasing integration of renewable energy sources into power systems has led to significant changes in grid operation. Power electronic converters are primarily used to connect these power plants to the electrical system and, as key components in modern power systems, grid-forming (GFM) converters have emerged to provide the ability to autonomously establish and maintain system stability without the need for synchronous generators (SGs). The current contribution during faults is one of the main differences between SGs and power converters, which can affect protective systems. The most recent grid codes require a fast current injection in the event of a fault. This article presents a low-voltage ride-through control strategy for GFM converters based on virtual-flux orientation according to the European Commission Regulation (EU) 2016/631 and the Spanish Technical Supervision Standard requirements. For the validation of this control algorithm, a hardware test bed has been implemented consisting of two dc voltage sources emulating a photovoltaic plant feeding the dc bus of a voltage source converter and, finally, a grid emulator where the different voltage faults have been programmed.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度看,这篇论文所提出的构网型变流器低电压穿越技术具有重要的战略价值。随着全球新能源渗透率不断提升,电网对并网设备的主动支撑能力提出了更高要求,构网型(GFM)技术正是我司逆变器产品从跟网型向主动支撑型演进的关键方向。

该技术的核心价值在于解决了构网型变流器在故障工况下的快速电流响应问题。论文基于虚拟磁链定向的控制策略,符合欧盟2016/631法规要求,这对我司拓展欧洲市场具有直接意义。传统同步发电机在故障时可提供强大的短路电流支撑,而变流器受功率器件限制,如何在保护设备的同时满足电网保护系统要求,一直是技术难点。该算法通过虚拟磁链定向实现快速故障检测和电流注入,为我司1500V大功率光伏逆变器和储能变流器产品在弱电网和微电网场景的应用提供了技术路径。

从技术成熟度看,论文已通过硬件在环测试验证,采用直流电源模拟光伏阵列和电网模拟器的测试方法与我司产品开发流程高度契合,具备较好的工程化基础。但实际应用中仍需关注多机并联工况下的协调控制、不同故障类型的适应性以及与我司现有虚拟同步机技术的融合问题。

建议我司研发团队深入研究该算法在储能系统中的应用潜力,特别是在构建"新能源+储能"一体化解决方案时,利用储能系统的快速功率响应能力增强系统的故障穿越性能,这将成为我司在全球高比例新能源市场竞争中的重要技术优势。