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一种具有增强型电网形成功率参考跟踪能力的dq坐标系可调度虚拟振荡器控制器
A Dispatchable Virtual Oscillator Controller in the dq Frame With Enhanced Grid-Forming Power Reference Tracking Capability
| 作者 | Zheran Zeng · Jiayu Fan · Yin Sun · Songda Wang · Dongsheng Yang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | SiC器件 构网型GFM |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 可调度虚拟振荡器控制 功率参考跟踪 dq坐标系 功率同步控制 小信号建模 |
语言:
中文摘要
在静止 $\boldsymbol{\upalpha\upbeta}$ 坐标系中对可调度虚拟振荡器控制(dVOC)进行经典实现,会导致并网变流器的稳态和动态功率参考跟踪性能欠佳。这是因为控制变量为交流分量,且在 $\boldsymbol{\upalpha\upbeta}$ 坐标系中无法直接控制变流器的相角。为提高功率参考跟踪能力,本文通过将 dVOC 控制的电压矢量的瞬时角频率和电压幅值动态特性转换到变流器的本地同步旋转坐标系中,提出了一种在 dq 坐标系中实现的新型 dVOC 控制器。dq 坐标系实现方式不仅消除了稳态功率跟踪误差,还通过直接控制变流器相角显著提高了动态功率参考跟踪速度,同时不影响 dVOC 的固有工作原理。此外,dq 坐标系 dVOC 控制器的提出首次从控制模块结构方面明确揭示了 dVOC 和功率同步控制这两种主要的仿同步发电机(GFM)方法之间的内在联系,还简化了 dVOC 控制器的小信号建模。实验结果验证了新型 dq 坐标系 dVOC 控制器的有效性。
English Abstract
The classic implementation of dispatchable virtual oscillator control (dVOC) in the stationary frame results in suboptimal steady-state and dynamic power reference tracking performance in grid-connected converters. This occurs because the control variables are ac components, while the converter phase angle cannot be directly controlled in the frame. To enhance power reference tracking capability, a new dVOC controller implemented in the dq frame is proposed by transforming the dynamics of the instantaneous angular frequency and voltage magnitude of the dVOC-controlled voltage vector into the local synchronous rotating frame of the converter. The dq-frame implementation not only eliminates steady-state power tracking errors, but also significantly enhances dynamic power reference tracking speed through direct control of the converter phase angle, without compromising the inherent working principle of dVOC. In addition, for the first time, the proposal of the dq-frame dVOC controller explicitly reveals the intrinsic connection between dVOC and power-synchronization control, two predominant GFM methods, in terms of their control block structures. It also streamlines the small-signal modeling of the dVOC controller. The effectiveness of the new dVOC controller in the dq frame is validated through experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度看,这项基于dq坐标系的可调度虚拟振荡器控制技术对我们的构网型(Grid-Forming)逆变器产品线具有重要战略价值。随着高比例新能源接入电网,构网型控制已成为光伏储能系统的核心技术方向,该论文提出的改进方案直接解决了传统dVOC在αβ坐标系下功率跟踪性能不足的痛点。
技术价值方面,dq坐标系实现通过直接控制变流器相位角,显著提升了功率指令的动态响应速度并消除稳态误差。这对阳光电源的储能变流器(PCS)和光储一体化解决方案至关重要——在电网频率波动、负荷突变等场景下,更快速准确的功率调节能力将增强系统的电网支撑性能,提升产品在调频调峰等辅助服务市场的竞争力。特别是在微电网和弱电网应用中,这种改进的暂态性能可显著提高系统稳定性。
该技术的另一亮点是首次揭示了dVOC与功率同步控制(PSC)的内在联系,这为我们整合不同GFM控制策略、简化小信号建模提供了理论基础,有助于加速控制算法的工程化验证和参数优化流程。
从应用成熟度看,论文已提供实验验证,技术可行性较高,但工程化仍需关注几个挑战:dq变换在弱电网下的鲁棒性、与现有控制架构的兼容性、以及大规模并网场景下的协调控制策略。建议我们的中央研究院跟进该技术方向,结合自主的GFM控制平台进行二次开发,重点验证其在大型地面电站和工商业储能项目中的实际表现,抢占下一代构网型技术的制高点。