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系统并网技术 构网型GFM ★ 5.0

基于相位补偿直流链电压同步的构网型STATCOM低频振荡阻尼

Low-Frequency Oscillation Damping of Grid-Forming STATCOMs With Phase-Compensated DC-Link Voltage Synchronization

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 系统并网技术
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 直流母线电压同步 低频振荡 小信号模型 超前-滞后补偿器 稳定性分析
语言:

中文摘要

直流母线电压同步(DCVS)可应用于构网型静止同步补偿器(STATCOM),以同时实现直流母线电压调节和与电网同步。然而,直流母线电压同步可能会导致构网型静止同步补偿器出现低频振荡(LFO)。为分析和解决构网型静止同步补偿器的低频振荡问题,本文建立了考虑直流母线电压同步、交流电压电流双闭环控制(VCDC)和无功功率控制(RPC)的构网型静止同步补偿器小信号模型。研究表明,低频振荡主要由直流母线电压同步的 -180° 相位特性以及交流电压电流双闭环控制引入的相位滞后引起。此外,无功功率控制可能会使闭环系统出现右半平面极点,从而导致次同步振荡。基于上述分析,本文采用并设计了一种超前 - 滞后补偿器来补偿闭环中的相位滞后,该补偿器结构简单,但能有效抑制构网型静止同步补偿器的低频振荡。此外,将所提策略与现有方法进行了比较,结果显示所提策略在同步过程中具有提供惯性以降低频率变化率的优势。仿真和实验结果验证了稳定性分析的正确性以及所提方法的有效性。

English Abstract

The dc-link voltage synchronization (DCVS) can be applied in the grid-forming static synchronous compensator (STATCOM) to realize dc-link voltage regulation and synchronization with the grid simultaneously. However, DCVS may lead to low frequency oscillation (LFO) of grid-forming STATCOM. To analyze and resolve the LFO issues of grid-forming STATCOM, this article built the small signal model of grid-forming STATCOM with consideration of DCVS, ac voltage and current dual close loop control (VCDC) and reactive power control (RPC). It is revealed that the LFO is mainly caused by the −180° phase characteristic of DCVS and phase lag introduced by VCDC. Besides, RPC may bring right half plan poles to the close loop and lead to subsynchronous oscillation. Based on the analysis, a lead-lag compensator is utilized and designed in this article to compensate phase lag in the close loop, which is simple but can effectively damp the LFO of grid-forming STATCOM. Besides, the proposed strategy is compared with the existing methods and shows the advantage of inertia provision to decrease the rate of change of frequency in the synchronization. Simulation and Experimental results validate the stability analysis and effectiveness of the proposed method.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于直流母线电压同步(DCVS)的构网型STATCOM低频振荡抑制技术具有重要的战略价值。随着公司在储能系统和电网侧解决方案领域的深入布局,构网型技术已成为新能源并网设备的核心发展方向,该研究针对的技术痛点与我司产品线高度相关。

该论文揭示的低频振荡机理对阳光电源现有的储能变流器和SVG产品优化具有直接指导意义。DCVS技术能够同时实现直流电压调节和电网同步,这与我司储能系统PCS的控制需求完全契合。论文指出的−180°相位特性和电压电流双闭环控制引入的相位滞后问题,正是构网型设备在弱电网环境下面临的共性挑战。所提出的超前-滞后补偿器设计方法简洁高效,可直接应用于我司PowerStack储能系统和SG3125HV-MV光储一体机的控制算法升级。

技术成熟度方面,该方案已通过仿真和实验验证,具备较强的工程化可行性。特别值得关注的是,该方法在提供惯量支撑、降低频率变化率方面展现出的优势,这对于阳光电源参与电网调频辅助服务市场、提升产品竞争力具有商业价值。

技术挑战主要在于不同电网强度下补偿器参数的自适应整定,以及与现有无功功率控制策略的协同优化。建议我司研发团队深入研究该技术在大规模光储电站中的应用场景,特别是在高比例新能源接入的弱电网环境下,结合公司既有的先进控制平台进行二次开发,形成差异化的技术壁垒,巩固在构网型设备领域的领先地位。