← 返回
构网型变流器在考虑直流链路效应下的稳定性分析与控制设计
Stability Analysis and Control Design of Grid-Forming Converters With DC-Link Effect
| 作者 | Chenhang Xu · Zhixiang Zou · Xinlei Liu · Meng Huang · Wu Chen · Zheng Wang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 构网型GFM |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 并网型变流器 暂态稳定性 直流母线效应 功率不平衡 直流母线电压控制 |
语言:
中文摘要
由于具备诸多优势特性,构网型变流器正越来越多地被用作分布式能源与电网之间的接口。然而,在电网故障期间,它们可能会遇到暂态稳定性问题,尤其是在考虑直流母线影响时。本文建立了一个暂态能量函数,基于李雅普诺夫直接法实现了考虑直流母线影响的构网型变流器的稳定性分析,揭示了暂态失稳主要由功率不平衡和负阻尼效应引起。为解决这一问题,本文提出了一种改进的直流母线电压控制方法,以实现临时的能量存储和惯量调节,从而提高构网型变流器的暂态稳定性并避免可能出现的过电压。本文还提供了理论分析和验证,以证实该方法的有效性。
English Abstract
Grid-forming converters are increasingly utilized as the interface between distributed energy resources and utilities, owing to their advantageous features. However, they may encounter transient stability issues during grid faults, particularly when considering the dc-link effect. This article establishes a transient energy function which enables stability analysis of the grid-forming converter with dc-link effect based on Lyapunov direct method, revealing that transient instability is mainly induced by power imbalance and negative damping effect. To address this issue, an enhanced dc-link voltage control is proposed to facilitate temporarily energy storage and inertia adjustment, thereby improving transient stability and avoiding possible overvoltage in grid-forming converters. Theoretical analysis and validations have been provided to verify the effectiveness.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于构网型变流器暂态稳定性分析与控制设计的研究具有重要的战略价值。随着新型电力系统建设的推进,构网型逆变器正成为我司光伏逆变器和储能系统的核心技术方向,其能够主动支撑电网电压和频率,这对提升分布式能源的并网友好性至关重要。
该研究通过李雅普诺夫直接法建立的暂态能量函数,为我们深入理解构网型变流器在电网故障期间的失稳机理提供了理论基础。研究揭示的功率不平衡和负阻尼效应这两大失稳诱因,与我司在大型地面电站和工商业储能项目中遇到的实际挑战高度契合。特别是直流母线效应的考量,对于我们优化1500V高压系统设计具有直接指导意义。
论文提出的增强型直流母线电压控制策略,通过临时储能和惯量动态调节来改善暂态稳定性,这与我司PowerTitan储能系统的控制架构具有良好的兼容性。该技术可有效解决电网故障时的过电压问题,这对提升产品在弱电网环境下的适应能力具有实际价值,尤其适用于海外高比例新能源接入地区。
从技术成熟度评估,该研究已具备理论完备性和实验验证,处于工程化应用前期阶段。对阳光电源而言,主要机遇在于将此技术集成到新一代构网型逆变器产品中,提升在电网支撑服务市场的竞争力。技术挑战则在于如何在保证稳定性的同时优化控制算法的实时性能,以及与现有产品平台的深度融合。建议启动预研项目,结合我司多场景应用数据进行算法适配性验证。