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系统并网技术 弱电网并网 ★ 5.0

一种导纳重塑控制方法用于提升多并联并网变流器的稳定性

An Admittance-Reshaping Control Method for Improving the Stability of Multi-Parallel Grid-Connected Converters

作者 Zhen Li · Xin Tang · Kaixuan Tang · Bei Qu · Wen Wang · Josep M. Guerrero
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 弱电网并网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 多并联并网变流器 稳定性 导纳重塑控制 小信号模型 渐近稳定性
语言:

中文摘要

弱电网中多并联并网变流器(MPGCC)之间的相互作用常常会带来稳定性挑战。本文提出一种变流器导纳重塑控制方法,旨在提高MPGCC系统的稳定性。首先,建立了包含变流器间相互作用的三相MPGCC系统的通用数学模型,并采用小信号模型进行分析。分析表明,在MPGCC系统中,$k_{dq1}(s)$和$k_{dq2}(s)$必须满足奈奎斯特准则,其中$k_{dq1}(s)$表示主电网与MPGCC系统之间的串联相互作用,$k_{dq2}(s)$表示变流器之间的相互作用。考虑到MPGCC系统稳定性分析的独特性,本研究采用正实方法将导纳重塑矩阵融入变流器的控制结构中。这种方法确保了变流器的输出导纳矩阵及其逆矩阵均为严格正实矩阵,从而实现了三相MPGCC输出的二维导纳模型的无源性。从理论上保证了MPGCC系统的渐近稳定性,进而提高了系统的稳定性。最后,在由三个并联并网变流器组成的装置上进行了仿真和实验测试,以验证所提出控制方法的有效性。本文还配有展示验证结果的视频。

English Abstract

The interaction amomg multi-parallel grid-connected converters (MPGCC) in weak grid often leads to stability challenges. This paper presents a converter admittance-reshaping control method designed to improve the stability of the MPGCC system. Firstly, a generalized mathematical model of a three-phase MPGCC system, which incorporates the interaction between converters, is established and the small-signal model is emplogyed for analysis. It reveals that kdq1(s) and kdq2(s) must satisfy the Nyquist criterion in a MPGCC system, where kdq1(s) represents the series interaction between the main grid and the MPGCC system, and kdq2(s) represents the interaction amomg the converters. Considering the uniqueness of stability analysis for MPGCC systems, this study integrates admittance reshaping-matrices into the control structure of the converters using the positive real method. This approach ensures that both the output admittance matrix of the converter and its inverse matrix are strictly positive real, thereby achieving passivity in the two-dimensional admittance model of the three-phase MPGCC output. This theoretically guarantees the asymptotic stability of the MPGCC system, thereby improving system stability. Finally, simulations and experimental tests are conducted on a device omprising three parallel-connected grid-connected converters to validate the effectiveness of the proposed control method. This paper is accompanied by a video that demonstrates the validation results.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务实践来看,这项多并联并网变流器导纳重塑控制技术具有重要的应用价值。随着集中式光伏电站和大型储能系统规模不断扩大,多台逆变器并联接入弱电网已成为常态,特别是在西北高比例新能源接入地区,系统稳定性问题日益突出。

该技术的核心价值在于通过导纳重塑实现系统无源化设计,从理论上保证多并联系统的渐进稳定性。这与阳光电源当前面临的实际挑战高度契合:在弱电网环境下,多台1500V大功率逆变器或储能PCS并联运行时,变流器间的交互作用常导致次同步振荡和谐波不稳定。论文提出的kdq1(s)和kdq2(s)双重稳定性判据,为系统级稳定性分析提供了更精确的理论框架,这比传统单机阻抗分析方法更贴近工程实际。

从技术成熟度评估,该方法已完成仿真和三机并联实验验证,但距离工程化应用仍需解决几个关键问题:一是正实方法引入的导纳重塑矩阵可能增加控制器复杂度和计算负担,需要在高性能DSP或FPGA平台上优化实现;二是不同厂家设备混合并网场景下的兼容性验证;三是极端电网工况下的鲁棒性测试。

对阳光电源而言,这项技术可直接应用于新一代集中式逆变器和储能变流器的控制算法升级,特别是在"光储一体化"解决方案中,能够显著提升系统在弱电网下的适应能力。建议将该技术纳入研发路线图,结合公司在大型地面电站和独立储能项目中的丰富经验,开展针对性的工程化验证,形成差异化的技术竞争优势。