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基于T-S模糊模型的跟网型逆变器暂态同步稳定性分析与PDC控制
Transient Synchronization Stability Analysis and PDC Control of Grid-Following Inverters Based on T–S Fuzzy Model
| 作者 | Qianjin Zhang · Dikui Mei · Jinhui Qian · Sucheng Liu · Wei Fang · Xiaodong Liu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年8月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 跟网型GFL |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 同步稳定性 锁相环 非线性控制 T - S模糊模型 并行分布补偿 |
语言:
中文摘要
摘要：通过锁相环（PLL）实现的同步控制对于跟网型逆变器至关重要。同步不稳定会导致逆变器振荡，并引发可再生能源脱网事故。然而，由于锁相环的非线性结构和控制耦合，同步稳定性，尤其是暂态稳定性，难以进行研究和改善。在所有提高稳定性的方法中，许多方法依赖于稳定性分析结果，而非内部非线性机制，这使得这些方法仅具有线性控制功能，在应用中适应性和可移植性较差。本研究依据系统的非线性控制机制，提供了一种提高暂态同步稳定性的系统理论。该方法能够实现非线性控制，且性能优于其他方法。首先，建立高木 - 关野（T - S）模糊模型，将非线性系统转换为线性子系统。然后，构建线性矩阵不等式（LMIs）以获得李雅普诺夫函数和暂态稳定区域。最后，研究基于 T - S 模糊理论的并行分布补偿（PDC）方法，并将其应用于锁相环以提高同步稳定性。探讨了 PDC 方法的原理，并与其他方法进行了比较。仿真和实验验证了所提出的理论。
English Abstract
Synchronization control realized by the phase-locked loop (PLL) is important for grid-following inverters. Synchronization instability leads to inverter oscillation and causes renewable energy disconnection accidents. However, synchronization stability especially the transient stability is difficult to study and improve due to the nonlinear structure and control coupling of PLL. Among all the stability-improving methods, many of them rely on the stability analysis results but not the internal nonlinear mechanism, which causes the methods to have only linear control functions and behave with poor adaptability and portability in applications. This research provides a systematic theory to improve the transient synchronization stability according to the system's nonlinear control mechanism. The method can achieve nonlinear control and behave with higher performance than other methods. First, the Takagi–Sugeno (T–S) fuzzy model is established to convert the nonlinear system into linear subsystems. Then, the linear matrix inequalities (LMIs) are constructed to obtain the Lyapunov function and the transient stability region. Finally, the parallel distributed compensation (PDC) based on the T–S fuzzy theory is investigated and implemented in the PLL to improve synchronization stability. The insights of PDC and the comparison with other methods are explored. The simulation and experiment have verified the theories.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度看，这项基于T-S模糊模型的跟网型逆变器暂态同步稳定性控制技术具有重要的战略价值。当前，阳光电源的光伏逆变器和储能系统大量采用跟网型控制架构，锁相环（PLL）的同步稳定性直接影响设备并网可靠性。该研究针对PLL非线性特性导致的暂态失稳问题，提出系统性解决方案，与我司在弱电网并网、高比例新能源接入等场景面临的技术挑战高度契合。
该技术的核心价值在于通过T-S模糊建模将非线性系统转化为线性子系统，并基于李雅普诺夫函数构建暂态稳定域，最终实现PDC非线性控制。相比传统线性控制方法，这种方案能更准确地刻画系统动态特性，提升暂态扰动下的同步稳定性。对于阳光电源而言，这意味着可显著降低弱电网环境下的脱网事故率，提高大型光伏电站和储能电站的电网适应性，增强产品在复杂工况下的竞争力。
从技术成熟度看，该方法已完成仿真和实验验证，但从学术研究到工程化应用仍存在挑战。LMI求解的计算复杂度、模糊规则库的参数整定、以及在不同功率等级逆变器上的适配性需要深入评估。此外，该控制策略与现有控制系统的融合、实时性能优化、以及在极端电网故障下的鲁棒性验证都是工程化的关键环节。
建议阳光电源技术团队跟踪该研究方向，评估在新一代逆变器控制平台中集成PDC控制的可行性，特别是在储能变流器和大功率集中式逆变器产品线中优先试点，以应对全球市场日益严格的并网标准和弱电网接入需求。