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储能系统技术 储能系统 跟网型GFL 弱电网并网 ★ 5.0

基于虚拟动态短路比的跟网型逆变器资源小信号稳定性设计导向评估

Design-Oriented Small-Signal Stability Assessment of Grid-Following Inverter-Based Resources Based on Virtual Dynamic Short-Circuit Ratio

作者 Yu Xiao · Xing Zhang · Xiangdui Zhan · Renxian Cao
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 跟网型GFL 弱电网并网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 小信号不稳定 弱电网 虚拟动态短路比 逆变器资源控制 稳定性评估
语言:

中文摘要

当基于并网跟随型逆变器的电源(IBRs)并联接入低强度电网,即弱电网时,可能会发生小信号不稳定现象。在这样的弱电网中,输出功率和 IBRs 数量的变化会显著影响小信号稳定裕度。然而,目前用于 IBR 电站小信号稳定性评估的短路比(SCR)是静态指标,未考虑不同总输出功率下 IBR 电站阻抗的差异,导致稳定性评估结果不准确。此外,现有 SCR 在不同运行工况下所表达的稳定裕度不统一。因此,本文提出了虚拟动态短路比(VDSCR),它将不同工况下 IBR 电站的稳定裕度转换为额定单台 IBR 机组的稳定裕度,从而使所提出的 VDSCR 既准确又统一。基于 VDSCR,设计了在总输出功率和电网阻抗波动情况下的 IBRs 控制策略,该策略可将小信号稳定裕度保持在设定值。在确保 IBR 电站小信号稳定性的同时,通过基于 VDSCR 的控制设计进一步优化了 IBRs 的控制性能。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

English Abstract

Small-signal instability may occur when parallel grid-following inverter-based resources (IBRs) are connected to a grid with low strength, i.e., a weak grid. In such a weak grid, changes in output power and the number of IBRs can significantly impact the small-signal stability margin. However, the short-circuit ratios (SCRs) currently used for small-signal stability assessment of the IBR plant are static indices, and the difference in the IBR plant impedance with different total output power is not considered, resulting in inaccurate stability assessment results. Moreover, the stability margin expressed by the existing SCRs under different operating conditions is not unified. Therefore, the virtual dynamic short-circuit ratio (VDSCR) is proposed in this article, which converts the stability margin of the IBR plant under different working conditions to the rated single IBR unit, so that the proposed VDSCR is accurate and unified. Based on the VDSCR, the IBRs control is designed under the fluctuation of total output power and grid impedance, which can keep the small-signal stability margin at the set value. While ensuring the small-signal stability of the IBR plant, the control performance of the IBRs is further optimized through the control design based on VDSCR. Finally, experiments are conducted to verify the effectiveness of the proposed method.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项虚拟动态短路比(VDSCR)技术对我们在弱电网场景下的逆变器并网稳定性具有重要的工程应用价值。

当前,阳光电源的大型光伏电站和储能系统在西北、东北等电网强度较弱的区域部署时,常面临多台跟网型逆变器并联运行的小信号稳定性挑战。传统静态短路比(SCR)评估方法未考虑逆变器总输出功率变化对系统阻抗的影响,导致稳定性裕度评估不准确,这在我们实际项目中已多次遇到因功率波动引发的振荡问题。该论文提出的VDSCR方法通过将不同工况下的稳定裕度统一换算至额定单机水平,实现了更精准的动态评估,这为我们的逆变器控制策略优化提供了理论依据。

技术价值方面,VDSCR可直接应用于阳光电源1+X模块化逆变器和储能变流器(PCS)产品线。通过在控制算法中嵌入基于VDSCR的自适应控制策略,我们的设备可在电网阻抗波动和输出功率变化时自动调整控制参数,保持稳定裕度在设定值,这将显著提升产品在弱电网环境下的适应性和可靠性。

从技术成熟度看,该方法已完成实验验证,具备工程化条件。主要挑战在于实时电网阻抗辨识的准确性和控制参数在线调整的响应速度。对阳光电源而言,这是将研发优势转化为差异化竞争力的机遇——通过率先在产品中集成智能稳定性管理功能,可强化我们在高比例新能源接入场景下的技术领先地位,特别是在"沙戈荒"大基地项目和独立储能电站等弱电网应用中形成独特优势。