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序分解型构网逆变器的小信号同步稳定性
Small-Signal Synchronization Stability of Sequence-Decomposed Grid-Forming IBRs
| 作者 | Qian Liu · Yanchang Liang · Zuan Zhang · Miao Wang · Xiaowei Zhao |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年12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 | 电网形成逆变器资源 序分解模块 次同步振荡 阻尼增强控制 系统稳定性 |
语言:
中文摘要
为便于继电保护操作并缓解电压不平衡状况,近期规范要求基于并网电压源型逆变器的电源(GFM IBRs)采用负序控制。为满足这一要求,必须在控制系统中集成序分解模块(SDMs)以检测和提取序分量。然而,SDMs的引入会在dq坐标系中引发交叉耦合效应,可能使GFM IBRs易受次同步振荡(SSOs)影响,而此前这方面尚未得到深入研究。本研究弥补了这一空白,首先利用含SDMs的GFM IBRs的单输入单输出小信号模型探究稳定性问题。为降低SSO不稳定风险,基于基本混合同步控制原理,提出了一种阻尼增强控制方案。通过将SDM中的q轴正序电压用作前馈回路,系统稳定性得到显著提升,并具备良好的阻尼能力。在不同电网强度下进行的仿真和控制器硬件在环测试验证了理论分析的正确性以及所提控制方案的有效性。
English Abstract
To facilitate relay operation and mitigate unbalanced voltage conditions, recent specifications mandate negative sequence control in grid-forming inverter-based resources (GFM IBRs). Adhering to this requirement, sequence-decomposed modules (SDMs) must be integrated into the control system to detect and extract sequence components. However, the introduction of SDMs induces cross-coupled effects in the dq-frame, potentially making GFM IBRs susceptible to subsynchronous oscillations (SSOs)—an aspect not thoroughly investigated previously. This study addresses this gap by initially exploring the stability issue using single-input single-output small-signal models of GFM IBRs with SDMs. To mitigate SSO instability risks, a damping enhancement control scheme is then proposed, based on the fundamental hybrid synchronization control principle. By leveraging the q-axis positive sequence voltage from the SDM as a feedforward loop, system stability is significantly enhanced with promising damping capabilities. Simulation and controller hardware-in-the-loop tests, conducted across varying grid strengths, validate both the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed control.
S
SunView 深度解读
从阳光电源构网型逆变器产品线的技术演进视角来看,这项关于序分量解耦控制的同步稳定性研究具有重要的工程应用价值。当前电网规范要求构网型逆变器具备负序控制能力,以应对不平衡电压工况并保障继电保护装置的正确动作,这与阳光电源在复杂电网环境下的产品适应性需求高度契合。
该论文揭示的核心问题——序分量解耦模块(SDM)引入后在dq坐标系产生的交叉耦合效应及其导致的次同步振荡风险,正是我们在大规模储能系统和新能源电站并网实践中需要重点关注的稳定性隐患。特别是在弱电网环境下,这种振荡可能导致系统失稳,影响电站的安全运行和电能质量。论文提出的基于混合同步控制原理的阻尼增强方案,通过前馈正序q轴电压实现稳定性提升,为我们的控制算法优化提供了可行的技术路径。
从产品开发角度评估,该技术已通过仿真和控制器硬件在环测试验证,技术成熟度较高,可纳入我们下一代构网型逆变器的控制策略库。这对提升阳光电源在源网荷储一体化项目中的系统集成能力,特别是在高比例新能源接入的弱电网场景下的竞争优势具有战略意义。
技术挑战主要在于如何在保证控制性能的前提下降低计算复杂度,以及在不同电网强度下的参数自适应整定。建议我们的研发团队深入研究该阻尼增强策略与现有虚拟同步机控制的融合方案,并在实际项目中开展针对性的现场测试验证,形成具有自主知识产权的抗振荡控制技术。