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系统并网技术 构网型GFM ★ 5.0

一种通用的惯性响应保持型主动阻尼控制方法

A Generic Inertial-Response Preserved Active-Damping Control for Grid-Forming Inverters Emulating Synchronous Machines

作者 Yun Yu · Yajuan Guan · Wenfa Kang · Juan C. Vasquez · Josep M. Guerrero
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年11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 电网形成逆变器 功率振荡阻尼 通用控制方案 设计方法 实验验证
语言:

中文摘要

摘要:主动维持系统频率和电压时,嵌入同步电机仿真的构网型(GFM)逆变器可能会与电网中的其他电压源产生相互作用,导致功率振荡阻尼不足。为增强振荡阻尼,人们已开展了大量研究。然而,现有的解决方案有时在本质上相互等效,或者主要集中于GFM控制的单一性能方面。本文首先提出了一种能够整合现有GFM控制方法的通用控制方案。随后,开发了两种设计方法,同时考虑了GFM控制的主要性能方面:参考跟踪、干扰抑制和惯性响应。采用所开发的带有设计方法的控制方案,可以依次对三个主要性能方面进行定量评估,同时保持与各自指标的明确关系。最后,一台2.2千瓦GFM逆变器的实验结果验证了本文提出的有源阻尼控制、设计方法和理论分析的有效性。

English Abstract

Actively maintaining system frequency and voltage, grid-forming (GFM) inverters that embed a synchronous machine emulation may exhibit interactions with other voltage sources in the grid, leading to poorly-damped power oscillations. To enhance the damping of oscillations, massive studies have been conducted. However, the existing solutions are sometimes implicitly equivalent to one another or mainly concentrate on a single performance aspect of GFM control. In this article, a generic control scheme capable of incorporate established GFM controls is first proposed. Afterwards, two design approaches are developed, simultaneously considering main performance aspects of GFM control: reference tracking, disturbance damping, and inertial response. Employing the developed control scheme with design approaches, three main performance aspects can be quantitatively evaluated in sequence while maintaining explicit relationships with their own indexes. Finally, experimental results from a 2.2 kW GFM inverter have validated the effectiveness of the active-damping controls, design approaches, and theoretical analyses presented in this study.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于构网型逆变器主动阻尼控制的研究具有重要的战略价值。随着我国"双碳"目标推进和新能源渗透率持续提升,电网正从传统同步发电机主导向高比例新能源系统转变,构网型(GFM)逆变器技术已成为解决弱电网支撑能力不足的关键突破口。

该论文提出的通用控制方案直接针对我司光伏和储能系统面临的核心技术痛点。当前构网型逆变器在模拟同步机特性时,常与电网中其他电压源产生振荡交互,影响系统稳定性。论文提出的主动阻尼控制方法能够在保持惯性响应的同时,系统性地优化参考跟踪、扰动抑制和惯量支撑三大性能指标,这对我司大型地面电站和工商业储能项目的并网稳定性具有直接应用价值。

从技术成熟度评估,该研究已完成2.2kW样机验证,但距离我司兆瓦级产品的工程化应用仍有距离。主要挑战包括:多机并联场景下的协调控制策略、不同电网强度下的参数自适应整定、以及与我司现有SG Ready解决方案的融合。然而,这也带来显著机遇——若能率先将该通用控制架构集成到我司1500V大功率逆变器和液冷储能系统中,将显著增强产品在弱电网和微电网场景的竞争力。

建议技术团队重点关注该方法的工程化实现路径,特别是在我司智慧能源管理系统中建立仿真验证平台,结合实际项目数据优化控制参数库,为构网型产品的规模化应用奠定技术基础,抢占下一代电网友好型逆变器的技术制高点。