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多并联锁相环同步逆变器在电网故障期间的暂态稳定性分析与协调相位控制方法
Transient Stability Analysis and Coordinated Phase Control Method for Multiparallel PLL-Synchronized Inverters During Grid Fault
| 作者 | Zhiheng Lin · Rui Liu · Yunwei Ryan Li |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 组串式逆变器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 分布式发电系统 PLL同步逆变器系统 暂态稳定性 逆变器间相互作用 协调相位控制方法 |
语言:
中文摘要
为了利用太阳能等可再生能源,分布式发电系统得到了广泛应用。在这类系统中,多个组串式逆变器并联接入电网,并且通常采用锁相环(PLL)实现电网同步。然而,在电网故障导致的严重电压骤降情况下,采用锁相环同步的逆变器系统易出现暂态失稳,表现为失去同步。尽管现有研究已对逆变器与电网相互作用引起的暂态失稳问题进行了深入探讨,但不同逆变器之间相互作用导致的失稳问题尚未得到充分考虑。因此,为研究这一问题,本文建立了考虑参数差异的 n 个并联锁相环同步逆变器系统模型,用于暂态稳定性分析。研究发现,即使每个并网逆变器在设计上都能在电网故障期间单独保持同步,逆变器之间的相互作用仍会带来暂态失稳风险。随后,本文提出了一种协调相位控制方法,以提高多并联逆变器系统在电网故障期间的暂态稳定性。最后,利用 RT - LAB OP5707XG 平台,搭建并测试了一个由 3 个并联锁相环同步逆变器组成的系统的实时仿真模型,以验证理论分析和所提方法的有效性。
English Abstract
To utilize renewable energies, such as solar energy, distributed power generation systems are widely used, where multiple string inverters are parallelly connected to the grid and often adopt the phase-locked loop (PLL) for grid synchronization. However, under severe voltage sags caused by grid faults, the PLL-synchronized inverter system is susceptible to transient instability, which manifests as loss of synchronization. Although such transient instability caused by interactions between the inverter and the grid has been well studied in state-of-the-art research, the instability due to interactions among different inverters is not fully considered. Thus, to investigate this issue, this article establishes the modeling of an n-parallel PLL-synchronized inverter system for transient stability analysis while considering the parameter difference. It is revealed that the inter-inverter interaction introduces the transient instability risk, even though every grid-connected inverter is separately designed to keep synchronization during the grid fault. Subsequently, this article proposes a coordinated phase control method to enhance the transient stability of the multiparallel inverter system during grid faults. Finally, utilizing the RT-LAB OP5707XG platform, a real-time simulation model of a 3-parallel PLL-synchronized inverter system is established and tested to verify the theoretical analysis and the proposed method.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于多逆变器并联系统暂态稳定性的研究具有重要的工程应用价值。在大型光伏电站和储能系统中,多台组串式逆变器并联运行是标准配置,而该论文揭示的逆变器间交互导致的暂态失稳风险,正是当前行业面临的实际痛点。
该研究的核心价值在于突破了传统分析框架的局限性。以往研究主要关注单台逆变器与电网的交互稳定性,但在实际工程中,当电网发生严重电压跌落时,即使每台逆变器单独设计满足并网要求,多机并联系统仍可能因逆变器间的相互影响而失去同步。这一发现对阳光电源的产品设计具有直接指导意义,特别是在大规模光伏电站和工商业储能项目中,系统级稳定性分析必须纳入多机交互因素。
论文提出的协调相位控制方法为解决这一问题提供了可行路径。该技术通过协调多台逆变器的锁相环控制策略,增强系统整体的故障穿越能力。对于阳光电源而言,这可转化为具体的技术优势:提升系统在弱电网和故障工况下的可靠性,减少因失稳导致的脱网事故,增强产品在复杂电网环境下的适应性。
从技术成熟度看,该研究已完成实时仿真验证,具备工程化基础,但从算法到产品化仍需解决参数自适应、通信延迟、成本控制等实际问题。建议阳光电源将此技术纳入下一代逆变器控制平台的研发路线图,特别是针对大型地面电站和高渗透率新能源场景,开发具有多机协调控制功能的智能逆变器系统,这将成为差异化竞争的重要技术壁垒。