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风电变流技术 构网型GFM ★ 5.0

暂态稳定性分析与考虑电流饱和过程的构网型风电机组阻尼增强控制

Transient Stability Analysis and Damping Enhanced Control of Grid-Forming Wind Turbines Considering Current Saturation Procedure

作者 Donghai Zhu · Yumei Ma · Xiangjinwen Li · Liuyang Fan · Binwei Tang · Yong Kang
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年8月
技术分类 风电变流技术
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网形成型风力发电机 电流饱和过程 暂态稳定性 功率角 阻尼增强控制方法
语言:

中文摘要

构网型风力发电机组(GFM - WT)在电网故障期间,由于电流限幅控制切换,易发生暂态失稳。然而,现有研究忽略了电流饱和过程引发的暂态失稳问题,未能充分揭示失稳机理。为解决该问题,本文分析了电网故障后构网型风力发电机组的电流饱和过程。指出存在两种电流饱和情况,即瞬时电流饱和模式(CSMI)和后续电流饱和模式(CSMS)。然后,考虑上述新运行模式,对构网型风力发电机组的暂态稳定性进行了分析。分析表明,在电流饱和过程中,功角的暂态特性将被重塑。基于此,提出了一种阻尼增强控制方法,通过抑制电流饱和过程中的功角超调,来提高暂态稳定性。最后,通过实验验证了上述分析和所提出的控制方法。

English Abstract

The grid-forming wind turbine (GFM-WT) is prone to transient instability during grid fault, due to the control switch of current limitation. However, the existing work ignores the transient instability issues caused by current saturation procedure, failing to fully reveal the instability mechanism. To deal with the problem, this article analyzes the current saturation procedure of GFM-WT after grid faults. It is pointed out that there exist two current saturation conditions, i.e., the current saturation mode instantaneously (CSMI) and the current saturation mode subsequently (CSMS). Then, the transient stability of GFM-WT is analyzed considering above new operational modes. It indicates that the transient characteristic of power angle will be reshaped during current saturation procedure. Based on it, a damping enhanced control method is proposed to improve the transient stability, by damping the power angle overshoot during current saturation procedure. Finally, the analysis and proposed control method are verified by the experiments.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文所研究的构网型风机暂态稳定性问题,对我司在新能源并网设备领域具有重要的技术借鉴价值。尽管研究对象是风力发电系统,但其核心技术原理完全适用于我司的构网型光伏逆变器和储能变流器产品线。

论文揭示的关键技术问题——电流饱和过程中的暂态失稳机制——正是当前构网型设备面临的共性挑战。传统研究往往忽视电流限幅切换过程的动态特性,而该研究创新性地识别出瞬时饱和模式(CSMI)和后续饱和模式(CSMS)两种工况,这为我司优化构网型逆变器的电流限幅策略提供了理论依据。特别是在电网故障穿越场景下,功率角的重塑特性分析可直接应用于我司1500V大功率逆变器和液冷储能系统的控制算法改进。

所提出的阻尼增强控制方法具有较高的工程应用价值。该方法通过抑制电流饱和过程中的功率角超调,能够显著提升设备的故障穿越能力,这与我司"安全、可靠、高效"的产品理念高度契合。从技术成熟度看,论文已通过实验验证,具备向产品化转化的基础条件。

技术挑战主要体现在多机并联场景的协调控制和不同工况下的参数自适应问题。但这也为我司带来差异化竞争机遇:通过将该技术集成到SkyPV智慧光伏解决方案和PowerTitan储能系统中,可增强产品在弱电网环境下的适应性,特别是在海外高比例新能源接入市场,这将成为重要的技术壁垒和市场竞争优势。建议我司研发团队深入跟踪该技术方向,推动相关成果在构网型产品中的快速落地应用。