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系统并网技术 跟网型GFL ★ 5.0

一种用于提升跟网型逆变器暂态稳定性的恒定阻尼锁相环

A Constant Damping Phase-Locked Loop for Enhancing Transient Stability of Grid-Following Inverter

作者 Gaoxiang Li · Keyu Wang · Xiao Liu · Jining Chen
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年2月
技术分类 系统并网技术
技术标签 跟网型GFL
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网跟随逆变器 暂态不稳定 恒阻尼锁相环 暂态稳定性 动态性能
语言:

中文摘要

当发生大规模电网扰动时,基于电网跟踪控制的逆变器易因同步旋转坐标系锁相环产生的弱阻尼或负阻尼而导致暂态失稳。首先,分析了基于电网跟踪控制的逆变器的暂态失稳机理和特性。随着电网扰动的增大,暂态阻尼会减小甚至变为负值,系统的暂态稳定性会恶化。为解决这一问题,提出了一种恒阻尼锁相环(CD - PLL),该锁相环可实现恒定正阻尼控制。同时,详细介绍了所提出的CD - PLL的工作原理、特性和设计方法。所提出的CD - PLL不仅能增强系统的暂态稳定性,还能改善动态性能。最后,通过仿真和实验研究验证了理论分析和所提出的CD - PLL的有效性。

English Abstract

When a large grid disturbance occurs, the grid-following inverter is prone to cause transient instability due to the weak damping or negative damping induced by a synchronous reference frame phase-locked loop. First, the transient instability mechanism and characteristics of grid-following inverters are analyzed. As the grid disturbance increases, the transient damping will decrease or even become negative, and the transient stability of the system will deteriorate. To address this issue, a constant damping phase-locked loop (CD-PLL) is proposed, which can achieve a constant positive damping control. Meanwhile, the working principle, characteristics, and design method of the proposed CD-PLL are introduced in detail. The proposed CD-PLL can not only enhance the transient stability of the system but also improve the dynamic performance. Finally, the theoretical analysis and the proposed CD-PLL are verified by simulation and experimental studies.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项恒定阻尼锁相环(CD-PLL)技术对提升并网逆变器的暂态稳定性具有重要战略价值。当前,随着光伏和储能系统大规模接入电网,跟网型逆变器在电网扰动下的暂态失稳问题已成为制约新能源高比例并网的关键瓶颈。传统同步参考系锁相环在大扰动下易产生弱阻尼甚至负阻尼效应,导致系统振荡甚至脱网,这直接影响阳光电源产品在弱电网和高渗透率场景下的适应能力。

该技术的核心价值在于通过恒定正阻尼控制机制,从根本上改善逆变器在电网故障时的动态响应特性。对于阳光电源的光伏逆变器产品线,CD-PLL可显著增强设备在电网电压跌落、频率波动等极端工况下的抗扰动能力,降低脱网风险,这对满足日益严格的并网标准(如新版GB/T 19964)至关重要。在储能系统应用中,该技术能提升双向变流器在充放电快速切换时的稳定性,特别适用于参与电网调频调峰等高动态场景。

从技术成熟度评估,论文已完成仿真和实验验证,表明技术已具备工程化基础。对阳光电源而言,关键挑战在于如何将CD-PLL与现有控制架构深度融合,在不增加显著计算负担的前提下实现算法移植。同时,需要在多样化电网环境下进行大量现场测试,验证其对不同故障类型的适应性。

该技术为阳光电源在新型电力系统建设中抢占技术制高点提供了机遇,特别是在分布式光伏、工商业储能等对稳定性要求极高的应用场景,可形成差异化竞争优势,支撑公司"逆变器+储能"双轮驱动战略的深化实施。