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电动汽车驱动 SiC器件 跟网型GFL ★ 5.0

一种改进的RFR方法以增强跟网型逆变器在弱电网和故障电网条件下的大信号稳定性

An Improved RFR Method for Enhancing Large-Signal Stability of Grid-Following Inverter Under Weak and Faulty Grid Conditions

作者 Liang Huang · Frede Blaabjerg
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年8月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件 跟网型GFL
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网跟随逆变器 同步不稳定 参考帧重匹配方法 电网频率变化 大信号稳定性
语言:

中文摘要

基于经典锁相环的矢量电流控制方案已广泛应用于跟网型(GFL)逆变器系统中。然而,采用这种经典控制方案的GFL逆变器在弱电网和电网故障条件下会出现同步不稳定问题,这已成为GFL逆变器面临的主要稳定性挑战。为应对这一挑战,近期有人提出了参考坐标系重新匹配(RFR)方法,该方法能使GFL逆变器在额定电网频率条件下稳定地穿越严重的低电压故障(如零电压穿越)。然而,当电网频率发生变化时,现有的RFR方法效果会变差。为解决这一问题,本文提出了一种改进的RFR方法,该方法能在电网电压骤降或电网频率下降的情况下使GFL逆变器保持稳定。因此,GFL逆变器的大信号稳定性和鲁棒性可以得到提高。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

English Abstract

The classical phase-locked loop based vector current control scheme has been widely used in grid-following (GFL) inverter systems. However, GFL inverters with this classical control scheme suffer from synchronization instability issues under weak and faulty grid conditions, which has become a major stability challenge for GFL inverters. To address this challenge, a reference frame rematching (RFR) method has been proposed recently, which enables the GFL inverter to ride through severe low-voltage faults (e.g., zero-voltage ride-through) stably under nominal grid frequency conditions. However, when the grid frequency varies, the existing RFR method becomes less effective. To solve this problem, this letter proposes an improved RFR method, which can stabilize the GFL inverter in either grid voltage sag or grid frequency drop case. So, the large-signal stability and robustness of the GFL inverter can be improved. Simulations and experimental results verify the effectiveness of the proposed method.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项改进的参考帧重匹配(RFR)技术对我们的跟网型逆变器产品线具有重要战略价值。随着全球光伏和储能系统接入比例不断提升,电网呈现明显的弱电网特征,传统基于锁相环的矢量电流控制方案在电压跌落和频率波动工况下的同步稳定性问题,已成为制约我们产品在高渗透率场景应用的关键瓶颈。

该技术的核心价值在于显著增强了跟网型逆变器的大信号稳定性。原有RFR方法虽能实现零电压穿越,但在电网频率变化时效果受限,这在实际应用中是明显的短板。改进方案通过同时应对电压跌落和频率偏移,使我们的逆变器产品能够在更复杂的弱电网和故障工况下保持稳定运行,这对于提升我们在欧洲、澳洲等电网规范严格市场的竞争力至关重要。

从技术成熟度评估,该方法已通过仿真和实验验证,具备较好的工程化基础。对阳光电源而言,将其集成到现有的SG系列逆变器和PowerTitan储能系统控制算法中,技术路径相对清晰。主要挑战在于:一是需要评估算法在不同电网阻抗比和多机并联场景下的适应性;二是要考虑与现有低电压穿越(LVRT)策略的协同优化;三是需要验证在极端工况(如连续故障)下的长期可靠性。

建议我们的研发团队深入跟进该技术,开展针对性的仿真测试和样机验证,特别关注其在大型地面电站和工商业储能项目中的应用潜力,这将有助于巩固我们在弱电网适应性技术领域的领先地位。