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电压源逆变器MIMO动态特性分析的扩展频域无源性理论
An Extended Frequency-Domain Passivity Theory for MIMO Dynamics Specifications of Voltage-Source Inverters
| 作者 | Feifan Chen · Sei Zhen Khong · Lennart Harnefors · Xiongfei Wang · Dan Wang · Henrik Sandberg |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 并网逆变器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 并网逆变器系统 频域无源理论 扩展稳定性条件 电网 - 逆变器交互 逆变器控制设计 |
语言:
中文摘要
在并网逆变器系统中,频域无源性理论越来越多地用于分析电网 - 逆变器交互作用并指导逆变器控制设计。然而,由于在低频段难以满足基于无源性的充分稳定条件,无源性理论往往无法实现系统的稳定指标。本文提出了一种扩展的频域无源性理论。通过引入加权矩阵,推导得出了扩展的稳定条件。与传统的基于无源性的稳定条件相比,所提出的理论显著降低了保守性,更适合用于分析电网 - 逆变器交互作用并指导逆变器控制设计。本文提供了理论分析、数值算例和实验结果,以验证所提方法的有效性。
English Abstract
In grid-connected inverter systems, frequency-domain passivity theory is increasingly employed to analyze grid–inverter interactions and guide inverter control designs. However, due to difficulties in meeting sufficient passivity-based stability conditions at low frequencies, passivity theory often falls short of achieving stable system specifications. This article introduces an extended frequency-domain passivity theory. By incorporating a weighting matrix, an extended stability condition is derived. Compared to conventional passivity-based stability conditions, the proposed theory significantly reduces conservativeness and is more suited for analyzing grid–inverter interactions and guiding inverter control design. Theoretical analyses, numerical examples, and experimental results are provided to validate the effectiveness of the proposed methods.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项扩展频域无源性理论对我们的并网逆变器产品具有重要的工程应用价值。当前,随着光伏和储能系统大规模接入电网,电网-逆变器交互稳定性问题日益突出,尤其在弱电网场景下,传统无源性理论在低频段的保守性限制了逆变器的控制性能优化空间。
该论文提出的加权矩阵方法显著降低了稳定性判据的保守性,这意味着我们可以在保证系统稳定的前提下,设计出响应更快、动态性能更优的控制策略。对于阳光电源的多电平逆变器和储能变流器产品线,这一理论可直接应用于MIMO(多输入多输出)控制系统的稳定性分析,特别适合处理三相系统中的耦合问题和不平衡工况。
从技术成熟度评估,该理论已具备完整的数学推导和实验验证,可纳入我们的控制算法研发流程。具体应用场景包括:大型地面电站的弱电网并网、工商业储能系统的快速功率响应、以及微电网中多逆变器并联运行的协调控制。这将直接提升我们产品在复杂电网环境下的适应能力和市场竞争力。
技术挑战主要在于工程实现层面:需要建立精确的系统阻抗模型,开发实时在线稳定性评估工具,以及将理论转化为嵌入式控制代码。建议我们的中央研究院与高校合作,在1500V高压系统和储能PCS产品上优先试点,形成具有自主知识产权的稳定性分析工具链,这将成为阳光电源在新能源并网技术领域的重要技术壁垒。