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电动汽车驱动
★ 5.0
对称与不对称故障下跟网型逆变器故障穿越性能的改进
Improved Fault Ride-Through Response of Grid Forming Inverters Under Symmetrical and Asymmetrical Faults
| 作者 | Imran Khan · Suryanarayana Doolla |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年6月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电网形成逆变器 故障穿越 虚拟阻抗 模型预测控制 电流限制 |
语言:
中文摘要
由于电网形成逆变器能对电网扰动做出瞬时响应,因此对其电压源特性有需求。然而,这可能会导致在故障期间出现大电流。因此,需要先进的方法来辅助实现成功的故障穿越(FRT),同时不影响半导体开关的电流限制。本文提出了一种基于虚拟阻抗的方案来控制稳态电流,同时利用有限控制集模型预测控制(FCS - MPC)的直接调制方案来限制瞬态电流峰值。所提出的方法能在对称和不对称故障期间限制逆变器电流。所提出的电网形成控制在正常电压和电压骤降水平下均表现出高带宽特性。此外,还可以控制不对称故障期间的负序电流注入。在电网参数变化的情况下,对一个并网网络进行了大量仿真。此外,将所提出的方法应用于在国际大电网会议(CIGRE)低压基准网络中运行的逆变器,结果表明该方法在并网和孤岛模式下均能实现成功的故障穿越。利用CIGRE网络通过控制器硬件在环设置对所提出的方法进行了实验验证,结果表明所提出的控制器即使在连续故障情况下也具有有效性。
English Abstract
The voltage source behaviour of grid forming inverters is in demand owing to their instantaneous reaction to disturbances in the grid. However, this might lead to the flow of high magnitudes currents during faults. Thus advanced approaches are required which aid in successful fault ride-through (FRT) without hampering the current limits of the semiconductor switches. This paper proposes a virtual impedance based scheme to control steady state currents, while utilizing the direct modulation scheme of finite control set model predictive control (FCS-MPC) to limit the transient current peaks. The proposed approach limits inverter currents during both symmetrical and asymmetrical faults. The proposed grid forming control demonstrates high bandwidth in normal and sag voltage levels. Further the negative sequence current injection during an asymmetrical fault can also be controlled. Extensive simulations are performed on a grid connected network under variation of grid parameters. Further, the proposed method is applied to inverters operating in CIGRE low voltage benchmark networks which demonstrate successful FRT behaviour in grid connected and islanded mode. Experimental validation of the proposed approach is carried using controller-hardware-in-the loop setup with CIGRE network demonstrating the efficacy of the proposed controller even in back to back faults.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于构网型逆变器故障穿越技术的研究具有重要的战略价值。随着新能源装机容量不断提升,电网对逆变器的构网能力和故障穿越性能提出了更高要求,这与我们在光伏逆变器和储能系统领域的核心竞争力直接相关。
该论文提出的虚拟阻抗结合有限集模型预测控制(FCS-MPC)的方案,有效解决了构网型逆变器在故障期间电流过载的技术难题。这对阳光电源的产品线具有直接应用价值:一方面,虚拟阻抗方案可控制稳态故障电流,保护功率半导体器件;另一方面,FCS-MPC的直接调制特性能够快速抑制暂态电流峰值,这与我们1500V高压系统和大功率储能变流器对器件保护的严苛要求高度契合。特别是该方案对对称和不对称故障的全面适应性,以及在并网与离网模式下的有效性验证,为我们开发适应复杂电网环境的新一代产品提供了技术路径。
从技术成熟度评估,该方案已完成CIGRE基准网络仿真和控制器硬件在环实验,包括背靠背故障等极端工况测试,表明其工程化可行性较高。然而,实际应用仍需关注几个挑战:虚拟阻抗参数在不同电网强度下的自适应整定、MPC算法的计算负荷对控制器硬件的要求、以及与现有电网保护协调配合的标准化问题。
建议阳光电源技术团队深入跟踪该方案,结合我们在SG320HX等旗舰产品上的实践经验,开展针对性的二次开发和现场验证,以巩固在构网型技术领域的领先地位,满足未来高比例新能源电网的接入需求。