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一种基于自适应下垂与前馈控制的孤岛微电网构网型逆变器瞬态功率均分与解耦方法
An Adaptive Droop and Feedforward Control Based Transient Power Sharing and Decoupling Method for Grid-Forming Inverters in Islanded Microgrids
| 作者 | Jiazhi Wang · Zeng Liu · Kaiwen Feng · Jinjun Liu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 构网型GFM 下垂控制 微电网 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 孤岛微电网 电网形成逆变器 暂态功率共享 自适应控制器 小信号模型 |
语言:
中文摘要
准确的功率分配是孤岛微电网(MG)中构网型逆变器(GFMIs)的基本需求。然而,即使GFMIs的控制器相同,考虑到电路差异,暂态功率分配(TPS)性能仍然不佳。本文提出了一种公共耦合点(PCC)动态小信号模型,用于描述GFMIs之间的相互作用。基于该模型,首先推导了一种自适应暂态功率解耦(TPD)控制器,以确保良好的TPD性能并简化GFMIs的小信号模型。然后,利用自适应下垂和前馈控制推导了一种自适应TPS控制器,以确保良好的TPS性能。与传统下垂控制方法相比,所提出的方法可以补偿线路阻抗和虚拟阻抗的电压降,从而保持稳态下垂增益。同时,消除了电路差异,使每个GFMI具有一致的动态特性,并且消除了运行点的影响,从而实现全局最优参数设计。仿真和实验均验证了所提方法的有效性。
English Abstract
Accurate power sharing is a basic demand for grid-forming inverters (GFMIs) in islanded microgrid (MG). However, even if the controllers of GFMIs are the same, the transient power sharing (TPS) performance will still be poor considering the differences from the circuit. In this article, a point-of-common-coupling (PCC) dynamic small-signal model is proposed to describe the interactions among GFMIs. Based on this model, an adaptive transient power decoupling (TPD) controller is derived first to assure good TPD performance and simplify the small-signal model of GFMIs. Then, an adaptive TPS controller is derived using adaptive droop and feedforward control to assure good TPS performance. Compared with traditional droop control method, the proposed method can compensate for voltage drop of line impedance and virtual impedance so that the steady state droop gains are maintained. Meanwhile, the differences of the circuit are canceled so that each GFMI has consistent dynamics, and the influence of operating point is canceled so that global optimal parameters design can be achieved. The effectiveness of the proposed method is verified by both simulations and experiments.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于自适应下垂和前馈控制的构网型逆变器暂态功率共享技术具有重要的战略价值。该技术直接针对孤岛微电网中多台构网型逆变器(GFMI)并联运行时的核心痛点——暂态功率分配不均问题,这与阳光电源在光储微网和离网系统领域的产品需求高度契合。
技术价值方面,该方法通过公共耦合点动态小信号模型精准描述逆变器间的交互特性,提出的自适应暂态功率解耦控制器能够补偿线路阻抗和虚拟阻抗的压降,使每台逆变器保持一致的动态特性。这对阳光电源的储能变流器PCS产品和光储融合系统意义重大,可显著提升多机并联场景下的功率均衡性能,降低单机过载风险,延长设备寿命。特别是在海岛、矿山、数据中心等高可靠性要求的离网应用中,该技术能增强系统稳定性和供电质量。
从技术成熟度评估,论文已通过仿真和实验验证,理论框架完整,但工程化应用仍需关注几个挑战:一是自适应参数在复杂工况下的鲁棒性验证,二是与现有产品控制架构的兼容性改造成本,三是不同厂家设备混合组网时的互操作性问题。
对阳光电源而言,这项技术的应用机遇在于:可作为下一代构网型储能系统的核心控制算法,提升在微电网EPC项目中的竞争力;同时为进军高端工商业储能和海外离网市场提供差异化技术优势。建议公司评估该技术的专利布局情况,考虑通过产学研合作加速技术转化,并在PowerStack等储能产品线中进行先导性应用验证。