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并网逆变器直流链零功率波动：基于两相虚拟相电流调节的实现
DC-Link Zero Power Fluctuation of Grid-Tied Inverters: Implementation With Two-Phase Virtual Phase-Current Regulation
| 作者 | Yuxi Cai · Chuanchuan Hou · Miao Zhu · Ao Liu · Yuqi Wen |
| 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 | 并网逆变器 可靠性分析 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 不平衡电网条件 虚拟相电流调节 直流链路功率波动 两相VPCR方法 参数调优 |
语言:
中文摘要
摘要：由不对称故障或电压畸变引起的电网不平衡工况会极大地降低电网可靠性，导致三相并网逆变器直流侧出现功率波动。先前的研究中提出了一种虚拟相电流调节（VPCR）方法，该方法依靠控制器反馈电流调节来解决电能质量问题。采用VPCR方法可以抑制直流侧功率波动，但无法完全消除。为填补这一空白，本文提出了一种新颖的两相VPCR方法，该方法在电流环中引入了非故障相的额外虚拟相电流增益。由于能够实现更多的VPCR参数调整，所提方法可完全平滑直流侧功率波动。相应地，基于粒子群优化（PSO）算法，设计了一种两相VPCR参数整定方法，以实现快速便捷的参数优化。通过仿真和实验验证了所提两相VPCR方法作为一种新兴的直流侧电能质量治理工具的有效性。
English Abstract
Unbalanced grid conditions caused by asymmetrical faults or voltage distortions extremely deteriorate the grid reliability, resulting in power fluctuation of three-phase grid-tied inverters at dc link. A virtual phase-current regulation (VPCR) method is introduced in previous research to solve the power quality problem depending on controller feedback current regulation. With VPCR, the dc-link power fluctuation can be suppressed, whereas cannot be completely removed. To fulfill this gap, a novel two-phase VPCR method is proposed in this article, in which an additional virtual phase current gain in the non-fault phase has been introduced into the current loop. Since more VPCR parameter adjustments can be realized, a complete smoothing of dc-link power fluctuation is achieved by the proposed method. Accordingly, based on the particle swarm optimization (PSO) algorithm, a parameter tuning method of two-phase VPCR is designed to achieve a fast and convenient parameter optimization. The proposed two-phase VPCR method as an emerging tool of dc-link power quality governance is verified by simulation and experiment.
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SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的双相虚拟相电流调节（Two-Phase VPCR）技术对我们的并网逆变器产品线具有重要应用价值。在实际电网环境中，不对称故障和电压畸变引发的不平衡工况是影响光伏和储能系统稳定运行的关键问题，该技术通过在非故障相引入额外虚拟相电流增益，实现了直流母线功率波动的完全抑制，这相比传统VPCR方法仅能"抑制而非消除"波动的效果有显著提升。
对于阳光电源的核心产品而言，该技术具有多重价值：首先，在大型地面电站和工商业储能系统中，直流母线功率波动的消除可有效延长电容器寿命，降低系统维护成本；其次，在电网薄弱地区或高比例新能源接入场景下，该技术能显著提升逆变器的低电压穿越能力和电网适应性，这对我们拓展新兴市场至关重要；第三，结合粒子群优化算法的参数整定方法为工程化实施提供了便捷路径。
从技术成熟度评估，该方法已通过仿真和实验验证，具备工程应用基础，但仍需关注几个挑战：一是在极端不平衡工况下控制器的动态响应速度和鲁棒性；二是PSO算法的实时性能否满足快速故障穿越要求；三是与我们现有的多目标控制策略（如无功支撑、谐波抑制）的协同优化问题。
建议将该技术纳入下一代并网逆变器控制平台的研发规划，优先在1500V大功率组串逆变器和储能PCS产品上进行试点验证，这将进一步巩固我们在复杂电网环境下的技术领先优势。