← 返回
电动汽车驱动 SiC器件 跟网型GFL 弱电网并网 ★ 5.0

一种增强跟网型逆变器在弱电网下大信号稳定性的参考坐标系重匹配方法

A Reference Frame Rematching Method for Enhancing Large-Signal Stability of Grid-Following Inverter Under Weak Grid

作者 Liang Huang · Frede Blaabjerg
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年12月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件 跟网型GFL 弱电网并网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 锁相环 电网跟随逆变器 失步问题 参考帧重新匹配方法 弱电网
语言:

中文摘要

基于经典锁相环(PLL)的矢量电流控制方案已广泛应用于跟网型(GFL)逆变器系统中。然而,采用这种经典控制方案的跟网型逆变器在严重电网故障条件下,尤其是在弱电网情况下,往往会出现不稳定的情况。本文揭示了锁相环角度动态特性是导致不稳定的主要原因。具体而言,在强电网情况下,锁相环角度动态特性相对较小,控制 $dq$ 坐标系和系统 $dq$ 坐标系很容易实现同步;但在弱电网情况下,锁相环角度动态特性相对较大,这两个 $dq$ 坐标系存在失步风险。为解决这一问题,本文提出了一种参考坐标系重新匹配方法,该方法可将原控制 $dq$ 坐标系转换为一个与系统 $dq$ 坐标系几乎相同的新控制 $dq$ 坐标系,从而解决失步问题。所提方法的一个显著优点是,它能确保在严重电网故障期间存在平衡点。此外,该方法无需进行电网故障检测,即可实现正常情况和电网故障情况之间的无缝切换。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

English Abstract

The classical phase-locked loop (PLL)-based vector current control scheme has been widely used in grid-following (GFL) inverter systems. However, GFL inverters with this classical control scheme tend to be unstable under severe grid fault conditions, especially in weak grid cases. This article reveals that the PLL angle's dynamic is the main reason for instability. Specifically, the control dq frame and the system dq frame are synchronized easily in strong grid cases where the PLL angle's dynamic is relatively small, but the two dq frames have a risk of losing synchronization in weak grid cases where the PLL angle's dynamic is relatively large. To address this problem, this article proposes a reference frame rematching method, which can transform the original control dq frame into a new control dq frame that is almost identical to the system dq frame. So, the losing synchronization issue can be addressed. A significant advantage of the proposed method is that it can make sure that an equilibrium point exists during severe grid faults. Besides, it can achieve a seamless transition between normal and grid fault cases, without the need of grid fault detection. Simulations and experiments verify the effectiveness of the proposed method.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对弱电网环境下跟网型逆变器大信号稳定性增强的参考坐标系重匹配技术,具有重要的战略价值和应用前景。

在当前新能源并网场景中,阳光电源的光伏逆变器和储能变流器产品大量部署于电网强度各异的应用环境。特别是在偏远地区的光伏电站、分布式储能系统以及新兴市场的新能源项目中,弱电网问题日益突出。传统基于锁相环的矢量电流控制方案在严重电网故障时容易失稳,这直接影响系统的低电压穿越能力和并网可靠性,是制约产品竞争力的关键技术瓶颈。

该论文揭示的核心问题——PLL角度动态导致控制dq坐标系与系统dq坐标系失同步——正是阳光电源在弱电网适应性技术攻关中需要突破的方向。所提出的参考坐标系重匹配方法具有三个显著优势:一是能够在严重故障期间保证平衡点存在,提升系统鲁棒性;二是实现正常与故障工况的无缝切换,无需额外的故障检测环节,简化了控制逻辑;三是从根本上解决坐标系失配问题,为大信号稳定性提供理论保障。

从技术成熟度评估,该方法已通过仿真和实验验证,具备工程化应用基础。对于阳光电源而言,将此技术集成到现有控制平台,可显著增强产品在弱电网和复杂电网环境下的适应能力,特别适用于"一带一路"沿线国家、海岛微网、工业园区储能等应用场景。技术挑战主要在于参数整定策略和与现有保护策略的协调配合,但这为阳光电源在高端市场建立差异化竞争优势提供了重要机遇。