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一种无缝增强电网刚度的控制策略用于并网型虚拟同步发电机系统中的谐波补偿与功率波动抑制
A Seamless Enhancing Grid Stiffness Control Strategy for Harmonic Compensation and Power Ripple Mitigation in Grid-Tied Virtual Synchronous Generator System
| 作者 | Sameer Kumar Behera · Anup Kumar Panda · Venkata Ramana Naik N. · Satyabrata Behera |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 储能系统 构网型GFM 虚拟同步机VSG 地面光伏电站 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 虚拟同步发电机 自适应综合控制策略 三相并网VSG系统 比例谐振电流控制器 小信号建模分析 |
语言:
中文摘要
摘要:对于光伏发电渗透率较高的电网而言,构网型逆变器(GFMIs)至关重要。公用电网中的不确定性会使 GFMI 系统不稳定。因此,采用虚拟同步发电机(VSG)可通过降低频率变化率(RoCoF)来增强系统稳定性和电网刚度。为应对系统中各种不确定性引发的谐波和振荡问题,本文针对三相并网 VSG(TPGTVSG)系统提出了一种增强型自适应综合控制策略(EAICS),该策略将改进的比例谐振电流(MPRC)控制器与相位校正参考电流(PCRC)发生器相结合,以进一步提升系统整体性能。MPRC 控制器还包含针对 VSG 的自适应功率控制,有助于减少注入电网电流的谐波,并在电网电压畸变/不平衡的情况下抑制功率和频率振荡。而 PCRC 无需专用同步单元即可实现同步,使 TPGTVSG 具备自同步能力,从而降低计算负担和复杂度。此外,通过适当修改 VSG 功率控制回路中使用的控制系数,可增强 TPGTVSG 系统的电网频率适应性,进而稳定功率振荡。另外,本文还对 VSG 进行了小信号建模分析,以研究参数扰动对功率和系统频率的影响。最后,利用实验室样机对所提出的 EAICS 控制器的系统响应进行了实验验证。
English Abstract
Grid-forming inverters (GFMIs) are crucial for grids experiencing higher penetration of photovoltaics. Uncertainties in the utility grid make the GFMI system unstable. Thus, using a virtual synchronous generator (VSG) enhances system stability and grid stiffness by reducing the rate of change of frequency (RoCoF). Thus to deal with harmonics and oscillations caused by various uncertainties in the system, this article proposes an elevated adaptive integrated control strategy (EAICS) for a three-phase grid-tied VSG (TPGTVSG) system, which integrates a modified proportional resonant current (MPRC) controller and a phase-corrected reference current (PCRC) generator to further improve overall system performance. The MPRC controller also includes an adaptive power control for the VSG, which helps to reduce the injected grid current harmonics and dampens the power and frequency oscillations under distorted/unbalanced grid voltage conditions. Whereas, the PCRC serves the purpose of synchronization without a dedicated synchronization unit, thereby making the TPGTVSG self-synchronizing and thus reducing the computational burden and complexity. Furthermore, the grid frequency adaptability of the TPGTVSG system is enhanced by suitably modifying the control coefficients used in the VSG power control loop, thereby stabilizing the power oscillations. Additionally, the article also presents a small signal modeling analysis of VSG to examine how parameter perturbations affect power and system frequency. Finally, the suggested EAICS controller response to the system is examined experimentally using a laboratory prototype.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的虚拟同步发电机(VSG)增强型自适应集成控制策略具有重要的技术参考价值。随着光伏渗透率的提升,电网对构网型逆变器(GFMI)的需求日益迫切,这与我司在光储一体化系统和电网支撑技术方面的战略方向高度契合。
该技术的核心价值在于三个方面:首先,通过VSG技术增强电网刚性并降低频率变化率(RoCoF),这对我司大型地面电站和工商业储能系统的并网稳定性具有直接提升作用;其次,改进型比例谐振电流控制器(MPRC)与相位校正参考电流生成器(PCRC)的集成方案,能够有效抑制电网电压畸变和不平衡工况下的谐波注入,这对提升我司逆变器在弱电网环境下的适应性至关重要;第三,自同步特性的实现减少了专用同步单元,降低了控制系统复杂度和计算负担,有利于优化产品成本结构。
从技术成熟度评估,该方案已完成实验室原型验证,处于工程化前期阶段。对阳光电源而言,可将其核心算法融入现有SG250HX等高压大功率逆变器平台,以及PowerTitan等储能变流器产品线。主要技术挑战包括:多机并联场景下的控制协调、极端电网扰动下的暂态稳定性验证,以及与现有LVRT/HVRT功能的兼容性设计。
建议重点关注该技术在新型电力系统构网需求中的应用机遇,特别是在海外弱电网市场和国内新能源基地项目中,可作为差异化竞争优势的技术储备,支撑我司从"跟网型"向"构网型"产品的战略升级。