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一种改进电能质量和抑制功率波动的自同步并网虚拟同步机自适应控制方法
An Adaptive Control Approach for Improved Power Quality and Power Ripple Mitigation in a Self-Synchronized Grid-Tied VSG
| 作者 | Sameer Kumar Behera · Anup Kumar Panda · Venkata Ramana Naik N |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 虚拟同步机VSG |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 光伏发电机 三相并网虚拟同步发电机 自适应集成控制策略 谐波抑制 功率振荡抑制 |
语言:
中文摘要
本文针对集成到三相并网虚拟同步发电机（TPGTVSG）系统的光伏发电机（PVG），提出了一种增强型自适应集成控制策略（EAICS），以抑制电网电流中的谐波，并抑制因光伏发电机动态特性而产生的功率振荡。所提出的控制策略在虚拟同步发电机（VSG）技术中采用了具有自适应功率控制的改进型比例谐振电流（MPRC）控制器。此外，在电网电压畸变的情况下，采用相位校正参考电流（PCRC）发生器抑制注入电网电流中的谐波，该发生器还能在电网电压骤升和骤降时抑制功率和频率振荡。因此，EAICS控制中三种控制技术协同作用，使得系统频率在不使用锁相环（PLL）的情况下更具自适应能力。除了稳定功率振荡外，还通过VSG控制回路适当调整控制系数来稳定电网频率。因此，本文采用VSG控制的小信号模型，研究参数扰动对功率和频率的影响。最后，在MATLAB/Simulink中分析了采用所提出的EAICS控制策略的系统响应，并通过实验室样机进行了实验验证。
English Abstract
This article proposes an elevated adaptive integrated control strategy (EAICS) for a photovoltaic generator (PVG) integrated to three-phase grid-tied virtual synchronous generator (TPGTVSG) system to attenuate the harmonics in grid current and dampen the oscillations in power occurring due to the PVG dynamics. The proposed control strategy has a modified proportional resonant current (MPRC) controller with adaptive power control in a VSG technique. Furthermore, under distorted grid voltage conditions, the injected grid current harmonics are suppressed using a phase-corrected reference current (PCRC) generator, which also dampens the power and frequency oscillations during grid voltage swells and sags. Therefore, collaborating all three control techniques in EAICS control makes the system frequency more adaptive without using a phase lock loop (PLL). In addition to stabilizing the oscillations in power, the grid frequency is accomplished by appropriately adjusting the control coefficients using the VSG control loop. Therefore, this article adopts small-signal modeling of the VSG's control to scrutinize the influence of parameters perturbation on power and frequency. Finally, the system's response using the proposed EAICS control strategy is analyzed in MATLAB/Simulink and also validated experimentally using a laboratory prototype.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度来看，该论文提出的增强型自适应集成控制策略（EAICS）对我司光伏并网逆变器和储能系统产品具有重要的技术参考价值。
该技术的核心创新在于将改进型比例谐振电流控制器、自适应功率控制与虚拟同步发电机（VSG）技术深度融合，在电网电压畸变工况下有效抑制并网电流谐振，并通过相位校正参考电流发生器显著降低功率和频率振荡。这与我司在高性能光伏逆变器领域追求的"电网友好型"并网特性高度契合。特别值得关注的是，该方案无需锁相环即可实现频率自适应，这对简化控制架构、降低系统成本具有实际意义。
从应用前景看，该技术对我司储能变流器（PCS）产品线具有直接价值。随着新型电力系统建设加速，电网对分布式电源的惯量支撑和频率调节能力提出更高要求，VSG技术已成为行业共识。该论文通过小信号建模系统分析了参数扰动对功率和频率的影响，为控制参数优化提供了理论依据，可直接应用于我司SG250HX等大功率储能变流器的控制算法升级。
技术挑战方面，论文虽经MATLAB仿真和实验验证，但从实验室原型到工业化量产仍需考虑：极端电网工况下的鲁棒性验证、多机并联时的协调控制策略、以及算法复杂度对DSP运算资源的要求。建议我司研发团队可结合现有1500V高压系统平台，开展针对性的工程化验证，特别关注弱电网和微电网场景下的适应性测试，以抢占技术制高点。