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系统并网技术 构网型GFM ★ 5.0

考虑孤岛与并网模式的构网型变流器电压电流谐波同时控制

Simultaneous Voltage and Current Harmonic Control of Grid-Forming Converters Considering Both Islanded and Grid-Connected Modes

作者 Yixuan Li · Jia Liu · Jinjun Liu · Jin Xu
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
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 并网换流器 谐波控制 统一电压电流下垂 孤岛和并网模式 闭环极点分析
语言:

中文摘要

作为一种颇具前景的技术,构网型(GFM)变流器能够在并网模式下提供电压和频率支撑,并在孤岛模式下为本地负载供电。多个连接到同一公共耦合点(PCC)的GFM变流器不仅要确保谐波电流分配合理,还要降低PCC点的电压谐波。现有的大多数GFM变流器谐波控制方法并未同时考虑孤岛和并网两种模式。此外,这些方法需要分别提取和控制每个谐波序列,导致计算量巨大。为解决这一问题,本文提出了一种基于统一谐波电压 - 电流下垂控制的GFM变流器谐波控制方法。通过建立PCC点电压所有谐波分量与输出电流之间的统一下垂关系,我们实现了在降低PCC点电压谐波的同时进行谐波电流分配。该方法适用于并网和孤岛两种模式,无需提取单个谐波序列。与现有控制方法相比,其计算负担更小。本文详细讨论了基于闭环极点分析的谐波控制参数设计。实验结果表明,在计算资源有限的情况下,所提出的控制方法在并网和孤岛模式下的谐波控制效果均优于现有方法。

English Abstract

As a promising technology, grid-forming (GFM) converters can provide voltage and frequency support in grid-connected mode, and power local loads in islanded mode. Multiple GFM converters connected to the same point of common coupling (PCC) should not only ensure harmonic current sharing, but also reduce the PCC voltage harmonics. Most of the existing harmonic control of GFM converters do not consider both islanded and grid-connected modes. Moreover, these methods need to extract and control each harmonic sequence separately, resulting in enormous calculation. To solve this problem, a harmonic control method for GFM converters based on unified harmonic voltage–current droop is proposed. By establishing a unified droop relation between all harmonic components of PCC voltage and output current, we manage to share harmonic current while reducing PCC voltage harmonics. The proposed method is applicable in both grid-connected and islanded modes, without extracting individual harmonic sequences. Compared with existing control methods, it requires less computation burden. The design of harmonic control parameters based on closed-loop pole analysis is discussed in detail. Experimental results show that with limited computation resources, the proposed control achieves superior harmonic control effects in both grid-connected and islanded modes than existing methods.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于统一谐波电压-电流下垂控制的构网型变流器技术具有重要的战略价值。该技术直接契合公司在光伏逆变器和储能系统领域的核心业务需求,特别是在分布式光储一体化和微电网应用场景中。

技术价值方面,该方法的核心优势在于实现了并网与离网模式的统一控制架构。对于阳光电源的储能变流器产品线而言,这意味着可以用单一控制策略同时应对电网支撑和孤岛运行两种工况,显著简化系统设计。更重要的是,该技术无需逐次提取和控制各次谐波分量,大幅降低了计算负担,这对于提升产品性价比、降低硬件成本具有直接意义。在多机并联场景下,该方法能够同时实现谐波电流均分和公共连接点电压谐波抑制,这对工商业储能和大型地面电站的电能质量管理至关重要。

从技术成熟度评估,论文已提供闭环极点分析的参数设计方法和实验验证,表明技术已具备工程化基础。但实际应用仍需考虑几个关键挑战:一是不同容量等级设备的参数协调问题,二是在弱电网条件下的稳定性裕度,三是与现有电网规范的兼容性验证。

对阳光电源而言,这项技术可作为下一代构网型逆变器的差异化竞争优势,特别适用于海外高比例新能源渗透市场和国内新型电力系统建设需求。建议将其优先应用于中高压储能系统和微电网控制器产品,通过实际项目验证逐步完善技术方案,抢占构网型设备的技术制高点。