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系统并网技术
★ 5.0
基于虚拟外部扰动的并网变流器阻抗测量
Virtual External Perturbance-Based Impedance Measurement of Grid-Connected Converter
| 作者 | Quansen Rong · Pengfei Hu · Yanxue Yu · Dong Wang · Yu Cao · Huanhai Xin |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年8月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 并网变流器 阻抗测量 二次侧扰动法 虚拟外部扰动 实验验证 |
语言:
中文摘要
并网逆变器(GCC)的阻抗对于可再生能源系统的小信号稳定性分析至关重要。传统上,电力电子装置的阻抗是通过一次侧扰动法进行测量的,该方法需在主电路中接入实际的扰动源,成本高且操作复杂。因此,无需实际扰动源、将扰动注入控制回路的二次侧扰动阻抗测量方法受到了更多关注。本文提出了一种基于虚拟外部扰动的并网逆变器阻抗测量方法,将扰动注入公共连接点(PCC)的电压和电流采样值中。考虑到电网阻抗的影响,建立了并网逆变器的等效计算模型,并可通过并网逆变器的扰动响应来计算其阻抗。此外,比较了一次侧和二次侧扰动法的差异,并提出了基于电网阻抗大小的扰动幅值设计方法。仿真和硬件在环(HIL)实验均验证了所提方法的有效性。
English Abstract
The impedance of grid-connected converter (GCC) is crucial for the small-signal stability analysis of the renewable-energy system. Traditionally, the impedance of the power-electronic device is measured by primary-side perturbance method, connecting a real perturbance source in the main circuit, which is high in cost and complex in operation. Thus, without actual perturbance sources, the secondary-side perturbance impedance measurement method that perturbances are injected into the control loops has attracted more attention. This article proposes a virtual external perturbance-based impedance measurement method of GCC, injecting perturbances into the voltage and current sampling values at the point of common coupling (PCC). Taking into account the impact of the grid impedance, an equivalent calculation model of GCC is established, and the impedance can be calculated through the perturbance responses of GCC. In addition, the differences between primary-side and secondary-side perturbance method are compared, and the design approach for the amplitude of perturbances rooted in the size of grid impedance is proposed. The effectiveness of the proposed method is verified by both simulation and hardware-in-the-loop (HIL) experiments.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务实践来看,这项虚拟外部扰动阻抗测量技术具有显著的工程应用价值。在大规模光伏电站和储能系统并网运行中,准确获取变流器阻抗特性是保障系统小信号稳定性的关键前提,直接关系到我们产品在弱电网环境下的并网性能和可靠性。
该技术的核心创新在于通过在PCC点的电压电流采样值中注入扰动,实现了无需外接物理扰动源的阻抗测量。相比传统一次侧扰动法需要在主回路串联昂贵的扰动设备,这种二次侧方法显著降低了测试成本和复杂度,特别适合我们在产品研发阶段的快速迭代验证,以及现场调试中的实时阻抗辨识。论文建立的等效计算模型考虑了电网阻抗影响,这对于我们的逆变器产品适应不同电网强度具有重要指导意义。
从技术成熟度评估,该方法已通过仿真和半实物实验验证,具备较好的工程化基础。对阳光电源而言,可将此技术集成到逆变器和储能变流器的控制系统中,实现自适应阻抗监测功能,提升产品的智能化水平和并网适应性。这在当前新能源渗透率不断提高、电网交互特性日益复杂的背景下尤为重要。
技术挑战主要在于扰动幅值设计需要权衡测量精度与系统运行扰动的矛盾,以及在实际复杂工况下的鲁棒性验证。建议我们的研发团队深入研究该方法在多机并联、不平衡电网等典型场景下的适用性,并探索与现有自适应控制策略的协同优化,将其转化为提升产品竞争力的差异化技术优势。