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返回比矩阵重构方法在并网逆变器中的应用:原理、物理机理与参数设计
Return Ratio Matrix Reconstruction Approach for Grid-Connected Inverters: Principle, Physical Insights, and Parameter Design
| 作者 | Yuhang Chen · Xinbo Ruan · Yuying He · Yiran Yan |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 并网逆变器 SiC器件 弱电网并网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 弱电网 并网逆变器 返回比矩阵 稳定性分析 参数设计 |
语言:
中文摘要
弱电网下并网逆变器的稳定性可通过回比矩阵进行分析,回比矩阵为逆变器输出导纳与电网导纳之比。由于提供电网电流参考的功率控制环和锁相环(PLL)具有不对称性,回比矩阵为非奇异矩阵,有两个非零的无理特征值,这给稳定性分析和参数设计带来了挑战。为解决这一问题,本文提出了回比矩阵重构方法,将非奇异回比矩阵重构为仅有一个非零特征值的奇异矩阵。在此基础上,揭示了功率控制环和锁相环的参数设计顺序,并给出了分步参数设计方法。最后,在实验室对一台10 kVA三相LCL并网逆变器样机进行了测试,实验结果验证了采用重构回比矩阵进行稳定性分析和参数设计的有效性。
English Abstract
The stability of grid-connected inverter under weak grid can be analyzed with the return ratio matrix, which is the ratio of the inverter output admittance and grid admittance. Since the power control loop and phase-locked loop (PLL), which provide the grid current references, are asymmetrical, the return ratio matrix is nonsingular and has two nonzero irrational eigenvalues, posing a challenge to stability analysis and parameter design. To tackle this issue, the return ratio matrix reconstruction approach is proposed in this article to reconstruct the nonsingular return ratio matrix into the singular one, which has only one nonzero eigenvalue. On this basis, the parameter design sequence of power control loop and PLL is revealed and the step-by-step parameter design method is given. Finally, a 10-kVA three-phase LCL grid-connected inverter prototype is tested in the laboratory, and the experimental results are provided to verify the effectiveness of the stability analysis and parameter design with the reconstructed return ratio matrix.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于并网逆变器回报比矩阵重构的研究具有重要的工程应用价值。当前,我们的光伏逆变器和储能变流器产品在弱电网环境下的稳定运行面临严峻挑战,特别是在偏远地区的光伏电站和工商业储能项目中,电网阻抗较大导致的振荡问题时有发生。
该论文提出的矩阵重构方法针对性地解决了功率控制环和锁相环(PLL)非对称性导致的稳定性分析复杂性问题。传统方法中,回报比矩阵存在两个非零特征值,使得参数设计缺乏明确的工程指导原则。通过将非奇异矩阵重构为仅含单一非零特征值的奇异矩阵,该方法不仅简化了稳定性判据,更重要的是揭示了功率环和锁相环的参数设计顺序,这对我们的控制算法优化具有直接指导意义。
从技术成熟度评估,该研究已完成10kVA样机验证,技术路线清晰可行,可快速移植到我们的中大功率产品线。特别是对于集中式逆变器(1500V系统)和储能PCS产品,在西北、澳洲等弱电网市场的适应性将显著提升。这将增强我们在高SCR(短路比)要求场景下的竞争优势。
技术挑战主要在于不同拓扑结构(如LCL、LLCL滤波器)和多机并联场景下的适配性验证。建议我们的中央研究院可考虑与该研究团队建立合作,将此方法集成到逆变器自适应控制平台中,开发面向弱电网的智能参数自整定功能,这将成为差异化竞争的关键技术储备。