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电动汽车驱动 跟网型GFL 弱电网并网 ★ 5.0

考虑直流链电压控制及其输出限幅的跟网型逆变器暂态稳定性分析与阻尼控制

Transient Stability Analysis and Damping Control of Grid-Following Inverters Considering DC-Link Voltage Control and Its Output Limit

作者 Jinming Xu · Zihan Ling · Hanxu Diao · Shaojun Xie
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年4月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 跟网型GFL 弱电网并网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网跟随逆变器 直流母线电压控制 暂态稳定性 限幅 阻尼控制
语言:

中文摘要

对于跟网型逆变器,在弱电网条件下,电网电压骤降可能会导致其失去同步。众多研究致力于解决由锁相环主导的暂态失稳问题,同时将逆变器的直流输入视为理想的恒定电压源。然而,直流输入通常连接到光伏阵列。直流母线电压控制产生的有功电流参考值并非恒定,在电网故障时可能会达到其软件上限。在大多数现有研究中,直流母线电压控制及其输出限幅对暂态稳定性的影响被忽略了。因此,本文建立了一个考虑直流母线电压控制及其输出限幅与锁相环耦合的非线性模型。研究发现,触发限幅后仍存在暂态失稳的风险,而使用传统的降阶模型可能会得出错误的稳定性分析结果。随后,讨论了存在电流限幅时不同参数的影响,并进行了面向稳定性的控制器参数设计。进一步提出了一种阻尼控制方法以增强暂态稳定性。最后,通过实验验证了上述分析的正确性。

English Abstract

For grid-following inverters, grid voltage sag may induce the loss of synchronization under weak grids. Numerous efforts have been devoted to the transient instability dominated by phase-locked loops, while treating the dc input of inverter as an ideal constant voltage source. However, the dc input is usually connected to the photovoltaic array. The active current reference generated by the dc-link voltage control is not constant, and it may reach its software upper limit under grid fault. The impact of dc-link voltage control and its output limit on the transient stability has been ignored in most existing studies. Therefore, a nonlinear model is established considering the coupling of dc-link voltage control with its output limit and phase-locked loop. It is found that there is still a risk of transient instability after triggering the limit, while using the traditional reduced-order model may give incorrect stability analysis results. Then, the influence of different parameters with current limit is discussed, followed by the stability-oriented controller parameter design. A damping control method is further proposed for the transient stability enhancement. Finally, the correctness of the above analysis is verified through experiments.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对跟网型逆变器暂态稳定性的研究具有重要的工程应用价值。该研究突破了传统分析中将直流侧视为理想电压源的简化假设,建立了考虑直流母线电压控制及其限幅输出与锁相环耦合的非线性模型,这与我司光伏逆变器的实际工作场景高度契合。

在弱电网环境下,电网电压跌落引发的同步失稳是制约大规模光伏电站并网性能的关键瓶颈。该论文揭示了直流侧控制与锁相环的耦合动态特性,指出传统降阶模型可能导致错误的稳定性判断,这对我司产品的控制策略优化具有直接指导意义。特别是在光伏阵列输出波动、储能系统充放电切换等工况下,直流母线电压控制的限幅特性会显著影响系统暂态响应,该研究提供的参数设计方法和阻尼控制策略可有效提升产品的低电压穿越能力。

从技术成熟度评估,该方法基于现有控制架构的改进,具备较强的工程可实施性。对阳光电源而言,可在以下方向深化应用:一是将该理论融入新一代组串式和集中式逆变器的控制算法,增强弱电网适应性;二是应用于储能变流器PCS产品,提升电网故障下的并网稳定性;三是为海外市场高比例新能源接入场景提供差异化技术方案。

技术挑战主要在于多工况下模型参数的在线辨识和自适应控制实现。建议结合我司在AI算法和数字孪生技术上的积累,开发智能化暂态稳定控制系统,将理论研究转化为核心竞争力,巩固在全球逆变器市场的技术领先地位。