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电动汽车驱动
★ 5.0
面向设计的并网变流器暂态稳定性分析:分析方法的比较研究
Design-Oriented Transient Stability Analysis of Grid-Connected Converters: A Comparative Study of Analysis Methods
| 作者 | Chao Charles Liu · Chi K. Tse · Meng Huang · Zhenxi Wu · Hua Han · Jingxi Yang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 并网变流器 暂态稳定性分析 可行参数范围 灵敏度分析 分岔行为 |
语言:
中文摘要
并网变流器的暂态稳定性分析可为实际设计提供指导。以往的研究总结了稳定性与参数之间的单调关系。鉴于基于变流器的系统具有复杂的非线性行为,这些单调关系并不全面。本文以可行参数范围的形式制定了设计准则。利用灵敏度分析和分岔图,从典型的稳定性分析方法中推导可行参数范围,这些方法包括时域仿真、基于能量的方法(手动推导和算法搜索)以及分岔分析。研究发现,由于不同分析方法所识别的灵敏度模式相似,它们可能会提供等效的设计准则。此外,我们揭示了并网变流器的分岔行为会导致灵敏度模式发生变化。因此,稳定性分析方法之间的定性差异取决于它们捕捉对确定暂态稳定性至关重要的各种分岔的能力。我们的研究结果表明,不同分析方法之间的一致性程度不同。相关结论通过实验室实验得到了验证。
English Abstract
Transient stability analysis of grid-connected converters can provide guidance for practical design. Previous studies have summarized monotonic relationships between stability and parameters. Given the complex nonlinear behavior of converter-based systems, these monotonic relationships are incomplete. In this article, design guidelines in the form of feasible parameter ranges are developed. Sensitivity analysis and bifurcation diagrams are utilized to derive feasible parameter ranges from typical stability analysis methods, including time-domain simulation, energy-based methods (manually derived and algorithmically searched), and bifurcation analysis. It is found that different analysis methods may provide equivalent design guidelines due to the similar sensitivity patterns identified by these methods. Furthermore, we reveal that the change in the sensitivity patterns can be induced by the bifurcation behavior of grid-connected converters. Therefore, the qualitative differences between the stability analysis methods are determined by their ability to capture the various bifurcations crucial for determining transient stability. Our results show different levels of consistency between the analysis methods. The findings are verified by laboratory experiments.
S
SunView 深度解读
从并网变流器设计角度来看,这项关于暂态稳定性分析方法的比较研究对阳光电源的核心业务具有重要指导意义。随着我们在全球部署的光伏逆变器和储能系统规模不断扩大,特别是在弱电网环境下的应用场景日益增多,暂态稳定性问题已成为影响系统可靠性的关键技术瓶颈。
该研究突破了传统单调参数关系的局限性,提出基于可行参数范围的设计准则,这对我们的产品设计流程具有直接应用价值。论文系统比较了时域仿真、能量函数法和分岔分析等多种方法,揭示了不同分析工具在捕捉系统非线性行为方面的能力差异。这为我们建立更完善的设计验证体系提供了理论依据,可显著缩短产品开发周期,降低现场调试风险。
对于阳光电源而言,技术机遇体现在三个层面:首先,可将这些分析方法集成到我们的数字化设计平台中,实现逆变器控制参数的智能优化;其次,针对储能变流器的双向功率流特性,该方法能更准确地评估多工况下的稳定裕度;第三,在风光储氢耦合系统中,这种系统性分析框架有助于解决多变流器交互引发的复杂稳定性问题。
技术挑战主要在于工程化实施:需要建立适配我们产品系列的参数敏感性数据库,开发适用于实时应用的简化算法,并在实验室搭建覆盖各类电网条件的测试平台。考虑到论文已通过实验验证,技术成熟度较高,建议优先在新一代大功率集中式逆变器和工商业储能系统中试点应用,逐步形成差异化的技术竞争力。