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电动汽车驱动 构网型GFM 微电网 ★ 5.0

提高孤岛交流微电网在不平衡短路故障下的电压支撑能力

Improving Voltage Support in Islanded AC Microgrids During Unbalanced Short-Circuit Faults

作者
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 构网型GFM 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 孤岛交流微电网 短路故障 电压支撑 控制方案 序阻抗
语言:

中文摘要

在孤岛交流微电网发生短路故障时,形成电网的功率逆变器会激活电阻性虚拟阻抗以保护自身免受过电流影响,而馈入电网的功率逆变器则负责提供电压支撑。在这种情况下,负责电压支撑的序阻抗会根据虚拟阻抗和短路阻抗的值呈现出显著的变化。现有控制方案并未考虑这种变化,导致电压支撑效果有待提升。本文提出了一种针对馈入电网逆变器的控制方案,旨在改善不平衡短路故障期间的电压支撑。该方案基于对序阻抗的在线测量,并利用测量得到的阻抗值选择最合适的电流注入技术来进行电压支撑。文中还进行了理论分析,以验证采用所提出控制策略的微电网的稳定性。最后,给出了实验室微电网的实验结果以进行验证。

English Abstract

In the event of a short-circuit fault in an islanded ac microgrid, grid-forming power inverters activate a resistive virtual impedance to protect themselves against over-current, whereas grid-feeding power inverters are tasked with providing voltage support. In this scenario, the sequence impedances that are responsible for voltage support exhibit significant variability depending on the values of both the virtual and short-circuit impedances. State-of-the-art control schemes do not take this variation into account, resulting in voltage support that could be enhanced. This article presents a control scheme designed for grid-feeding inverters that improve voltage support during unbalanced short-circuit faults. The scheme is based on an online measurement of the sequence impedances and the selection of the most appropriate current injection technique for voltage support using the measured impedance values. A theoretical analysis is also included, which was performed to verify the stability of the microgrid with the proposed control. Finally, experimental results from a laboratory microgrid are presented for validation purposes.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项关于孤岛微电网不平衡短路故障电压支撑的研究具有重要的工程应用价值。该技术针对孤岛模式下构网型和跟网型逆变器的协同控制问题,提出了基于序阻抗在线测量的自适应电流注入策略,这与我司在光伏储能一体化系统和微电网解决方案的技术发展方向高度契合。

从产品层面分析,该技术可直接应用于我司的PowerStack储能系统和1+X模块化逆变器产品线。当前微电网场景中,构网型储能变流器需在故障时通过虚拟阻抗限流保护,而光伏逆变器作为跟网型设备需承担电压支撑任务。传统控制策略未考虑虚拟阻抗与短路阻抗动态变化对序阻抗的影响,导致电压支撑效果欠佳。该研究提出的序阻抗实时监测与自适应控制方案,能够显著提升故障穿越能力和电网支撑性能,这对于工业园区、海岛等高可靠性要求场景具有实质性价值。

技术成熟度方面,论文已完成实验室微电网验证和稳定性理论分析,具备工程化基础,但向商业产品转化仍需解决计算复杂度、通信延迟和多机协同等实际问题。对阳光电源而言,这是一个重要的技术机遇窗口。我司可将该算法集成到iSolarCloud智慧能源管理平台,通过边缘计算实现分布式序阻抗测量,结合现有的先进控制算法形成差异化竞争优势。

建议优先在氢储一体化、光储充一体化等复杂微电网项目中开展试点应用,积累不同故障工况下的数据,完善控制策略参数库,逐步推广至标准产品线,提升系统级解决方案的技术领先性。