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电动汽车驱动
★ 5.0
基于基频动态的电压源换流器阻抗建模中的参考系选择
Reference-Frame Selection on Impedance Modeling of VSCs With Fundamental Frequency Dynamics
| 作者 | Yang Wu · Heng Wu · Fangzhou Zhao · Zichao Zhou · Xiongfei Wang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 交流电力电子系统 基频 电压源变换器 阻抗建模方法 稳定性预测 |
语言:
中文摘要
基于交流电力电子技术的电力系统的基波频率可能会偏离其标称值,并且该频率会受到变流器控制动态特性的显著影响。针对系统参考坐标系的选择,本文提出了两种电压源型变流器(VSC)的阻抗建模方法,用以捕捉基波频率的动态特性。第一种方法是在标称频率的参考坐标系下对VSC进行建模,而第二种方法是在基波频率可变的参考坐标系下对VSC进行建模,因此,基波频率在阻抗模型中被表示为一个额外的端口变量。本文从数学上证明,若在第二种方法中对VSC的控制延时和功率级建模时考虑频率动态特性,则这两种阻抗模型在本质上是等效的。这种等效性在跟网型(GFL)和构网型(GFM)VSC中均得到了验证。基于一个相互连接的GFM和GFL VSC系统,进一步比较了基于这两种方法的稳定性预测结果,发现二者是一致的。最后,实验验证了理论分析的正确性。
English Abstract
The fundamental frequency of ac power-electronic-based power systems may deviate from its nominal value, and it is highly affected by converter control dynamics. To capture the dynamics of fundamental frequency, two impedance modeling methods for voltage-source converters (VSCs) are reported, with respect to the selection of system reference frame. The first method is to model VSCs in a reference frame with the nominal frequency, while the second method models VSCs in a reference frame with varying fundamental frequency, and hence, the fundamental frequency is represented as an additional terminal variable in the impedance model. This article mathematically proves that the two impedance models are essentially equivalent, provided that the frequency dynamics is accounted in the modeling of control delay and power stage of VSCs in the second method. This equivalence is demonstrated for both grid-following (GFL) and grid-forming (GFM) VSCs. Stability predictions based on two methods are further compared based on an interconnected GFM and GFL VSC system. The results are also found to be identical. Finally, experiments validate the correctness of the theoretical analysis.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于电压源变流器(VSC)阻抗建模的研究具有重要的工程应用价值。随着公司光伏逆变器和储能系统在新型电力系统中的渗透率不断提升,基频动态特性对系统稳定性的影响日益凸显,特别是在弱电网接入和多机并联场景中。
该论文提出的两种阻抗建模方法——固定标称频率参考系和变频率参考系——为阳光电源的产品设计提供了理论支撑。研究证明两种方法在数学上的等效性,这意味着工程师可以根据实际应用场景灵活选择建模策略。对于跟网型(GFL)逆变器,这有助于优化其在电网频率波动时的响应特性;对于构网型(GFM)逆变器,该理论可指导阳光电源开发更稳健的虚拟同步机控制算法,增强系统的频率支撑能力。
从技术成熟度评估,该研究已通过实验验证,具备较高的工程可信度。对于阳光电源而言,将此理论应用于产品开发面临的主要挑战在于:如何在实时控制器中高效实现频率动态的精确建模,以及如何在多台逆变器并联时保证系统级稳定性预测的准确性。
应用前景方面,这项技术可直接服务于阳光电源的微电网解决方案和大型储能电站项目。通过更精准的阻抗建模,可以优化系统参数设计,减少调试周期,提升产品在复杂电网环境下的适应性。特别是在海外市场拓展中,面对不同电网标准和运行工况,该技术能够为产品认证和现场调试提供有力的理论工具,增强阳光电源在全球新能源装备市场的竞争优势。