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控制与算法 ★ 5.0

基于Andronov-Hopf虚拟振荡器的变流器在ST型低压配电网中的功率控制

Power Control in Andronov-Hopf Virtual Oscillator Converters for ST-Based LV Distribution Systems

作者 Sahil Gaurav · Sante Pugliese · Marius Langwasser · Chandan Kumar · Marco Liserre
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 控制与算法
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 分布式发电 智能变压器 虚拟振荡器控制 功率控制 实验验证
语言:

中文摘要

摘要:由于分布式发电(DG)单元的接入不断增加,如今的配电网在维持潮流和电能质量方面面临挑战。智能变压器(ST)通过对有功和无功潮流进行精确控制,是克服这些挑战的有效解决方案。一般来说,智能变压器的低压(LV)变换器采用电压定向控制策略,常常面临积分饱和和参数调节困难的问题。同时,分布式发电变换器工作在电流控制模式,这会导致系统稳定性降低和同步性变差,尤其是在暂态事件和弱电网场景下。为解决这些问题,本文针对基于智能变压器的以变换器为主导的低压配电网系统,提出了一种基于安德罗诺夫 - 霍普夫振荡器(AHO)电路的虚拟振荡器(VO)控制方法,用于智能变压器低压变换器和分布式发电变换器。该方法允许对由安德罗诺夫 - 霍普夫振荡器控制的低压分布式发电变换器同时进行有功和无功功率控制,智能变压器低压变换器则作为松弛单元运行。此外,还引入了两条积分控制律,以消除由系统不确定性引起的剩余稳态功率误差。所提出的控制策略在MATLAB/Simulink软件中进行了仿真,并通过功率硬件在环(PHIL)试验台进行了实验验证。

English Abstract

Today’s distribution grid faces challenges in maintaining power flow and power quality due to the increasing integration of distributed generation (DG) units. The smart transformer (ST) is an effective solution to overcome these challenges by employing accurate control of both active and reactive power flows. Generally, the low-voltage (LV) converter of ST is controlled using a voltage-oriented control strategy, often facing issues with integral saturation and difficult parameter adjustment. Meanwhile, the DG converters operate in the current control mode, which leads to reduced system stability and poor synchronization, particularly during transient events and weak grid scenarios. To overcome these issues, this article proposes a novel Andronov–Hopf oscillator (AHO) circuit-based virtual oscillator (VO) control for the ST LV converter and DG converters in the ST-based converter-dominated LV distribution systems. This approach allows for simultaneous active and reactive power control of AHO-controlled LV DG converters, with the ST LV converter operating as a slack unit. Additionally, two integral control laws are incorporated to counter the remaining steady-state power errors caused by system uncertainties. The proposed control strategy is simulated in MATLAB/Simulink software and experimentally validated through a power-hardware-in-loop (PHIL) test bench.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,本文提出的基于Andronov-Hopf振荡器的虚拟振荡器控制策略,对我司在智能配电系统和分布式光伏并网领域具有重要的技术参考价值。

该技术针对低压配电网中分布式发电单元日益增多带来的功率流控制和电能质量挑战,提出了创新性的控制方案。相比传统电压定向控制,AHO虚拟振荡器控制能有效避免积分饱和问题,简化参数调节过程。这对我司光伏逆变器产品线尤为重要——在大规模分布式光伏接入场景下,传统电流控制模式常面临系统稳定性下降和同步困难的问题,而该技术通过让智能变压器低压侧变换器作为平衡节点,实现对分布式发电变换器的有功和无功功率同步控制,显著提升了弱电网和暂态工况下的系统鲁棒性。

从应用前景看,该技术与我司储能变流器和光储一体化解决方案高度契合。智能变压器技术是未来配电网升级的关键方向,而虚拟振荡器控制作为一种即插即用的控制策略,能够简化多台逆变器的协调控制,降低系统调试复杂度。论文通过MATLAB仿真和功率硬件在环实验验证了技术可行性,表明其已具备一定的工程化基础。

技术挑战方面,需要关注AHO控制算法在大规模实际电网中的计算效率和抗干扰能力,以及与现有电网保护标准的兼容性。建议我司技术团队深入研究该控制策略在高渗透率光伏场景下的应用潜力,探索将其集成到下一代智能逆变器和微电网控制器中,以增强产品在复杂电网环境下的适应能力和市场竞争力。