← 返回
控制与算法 ★ 5.0

全端口未终止导纳无源性准则及其在交直流互联变换器鲁棒稳定性中的应用

All-Port Unterminated Admittance Passivity for Robust Stability of AC-DC Interlinking Converters

作者 Ružica Cvetanović · Ivan Z. Petrić · Paolo Mattavelli · Simone Buso
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年4月
技术分类 控制与算法
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 交直流转换器 无源准则 鲁棒稳定性 控制器设计 端口耦合
语言:

中文摘要

本文提出了全端口未端接导纳无源准则,并针对交流端口采用 $dq$ 坐标系表示的交直流变换器,建立了一种与端接无关的、面向鲁棒稳定性的控制器设计框架。除了研究变换器直流端口和交流端口未端接自导纳的无源特性外,还考察了耦合无源特性,以考虑端口耦合可能产生的不稳定影响。本文阐述了为确保稳定性,应如何设计变换器的控制系统,使所有无源特性在对稳定性至关重要的频率范围内均为非负。以三相电流控制型电压源逆变器为例对所提出的方法进行了说明。作为稳定控制策略的示例,多采样脉宽调制和有源阻尼阻抗模拟被证明能够使所有无源特性在高频下为非负。研究表明,这可防止变换器与电网之间发生不稳定的相互作用。利用实验室样机在频域和时域进行了验证。

English Abstract

This article presents the all-port unterminated admittance passivity criterion and establishes a termination independent robust stability-oriented controller design framework for ac-dc converters with dq frame representation of ac ports. In addition to the passivity properties of the converter's dc and ac ports' unterminated self admittances, the coupling passivity properties are examined, which account for the possible destabilizing impact of port coupling. It is explained how, to ensure stability, the converter's control system should be designed so that all passivity properties are non-negative in the frequency range critical for stability. The proposed methodology is exemplified for a three-phase current-controlled voltage source inverter. As examples of stabilizing control strategies, multisampled pulse-width modulation and active damping impedance-emulation are shown to be capable of rendering all passivity properties non-negative at high frequencies. It is demonstrated that this prevents the converter's destabilizing interactions with the grid. Validations are performed both in frequency and time domains, using a laboratory prototype.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度来看,这篇论文提出的全端口无端接导纳无源性准则对我们的光伏逆变器和储能变流器产品具有重要的技术价值。该研究针对AC-DC变流器在复杂电网环境下的稳定性问题,提出了一种独立于端接条件的鲁棒稳定性控制设计框架,这正是我们在弱电网并网和多变流器并联场景中面临的核心挑战。

论文的创新之处在于不仅考虑了交直流端口自身的无源性特性,还深入分析了端口耦合对系统稳定性的潜在影响。这为我们优化三相电压源型逆变器的控制策略提供了理论依据。特别是论文提出的多采样PWM和有源阻尼阻抗仿真技术,能够在高频段确保所有无源性特性非负,有效防止变流器与电网之间的失稳交互,这对提升我们产品在弱电网地区的适应性具有直接应用价值。

从技术成熟度来看,该研究已通过实验室原型在频域和时域进行了验证,具备较好的工程化基础。对于阳光电源而言,这项技术可应用于新一代组串式和集中式逆变器的控制算法优化,特别是在大型地面电站和工商业储能系统中,能够显著提升系统在电网阻抗变化时的鲁棒性。

技术挑战主要在于如何将理论框架转化为实时控制算法,并在保证稳定性的同时不牺牲系统效率和动态响应性能。此外,需要针对不同应用场景建立完善的参数整定方法。这为我们的研发团队提供了明确的技术攻关方向,有助于巩固阳光电源在高端变流器市场的技术领先地位,特别是在新能源高比例渗透的电力系统中构建差异化竞争优势。