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光伏发电技术 构网型GFM ★ 5.0

用于构网型光伏系统的全状态虚拟振荡器控制以抵御太阳辐射与电网扰动

Full-State Virtual Oscillator Control for Grid-forming PVs to Endure Solar Radiation and Grid Disturbances

作者 Zizhen Guo · Wenchuan Wu · Guannan Wu
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年11月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 全状态虚拟振荡器控制 基于振荡器的并网 光伏 大扰动 直流电压稳定性
语言:

中文摘要

基于振荡器的电网形成(GFM)方法因其具备全局同步潜力而受到关注。然而,现有的可调度虚拟振荡器控制(dVOC)等方法属于二状态振荡器,无法平稳应对来自电源或电网的大扰动。本文提出一种全状态虚拟振荡器控制(fVOC)策略,该策略将频率和电压幅值作为从直流电压扩展而来的振荡器状态。理论分析和实验测试均表明,采用fVOC的GFM光伏(PV)系统能够有力抵御大扰动,并在因太阳辐照度波动、负载变化或短路故障导致直流母线功率失衡期间提供弹性电网支撑。本文推导了考虑一次动态特性的非线性模型,以阐明基于fVOC的光伏系统增强的大信号直流电压稳定性。数值仿真和硬件测试均验证了所提方法的有效性。

English Abstract

Oscillator-based grid-forming (GFM) methods are getting focused for the global synchronization potential. However, existing methods like dispatchable virtual oscillator control (dVOC) are two-state oscillators, which cannot smoothly handle large disturbances from the primary source or the power grid. This paper presents a full-state virtual oscillator control (fVOC) strategy with frequency and voltage magnitude as extended oscillator states from the dc voltage. Both the theoretical analysis and experimental tests show that the GFM photovoltaic (PV) with fVOC can robustly withstand large disturbances and provide elastic grid support during the fluctuations of solar irradiance, load change or short-circuit fault that result in dc-link power imbalances. The nonlinear model considering primary dynamics is derived to illustrate the enhanced large-signal dc voltage stability of fVOC based PVs. The validity of the proposed method is verified by both numerical simulations and hardware tests.
S

SunView 深度解读

从阳光电源构网型逆变器业务角度看,这项全状态虚拟振荡器控制(fVOC)技术具有重要的战略价值。该技术通过将频率和电压幅值作为直流电压的扩展振荡状态,突破了现有dVOC两状态振荡器的局限性,这对我司高比例新能源接入场景下的电网稳定性支撑能力提升具有直接意义。

技术价值方面,fVOC能够平滑应对光照波动、负荷突变和短路故障等大扰动工况,这与我司光伏逆变器在实际应用中面临的核心痛点高度契合。特别是在弱电网和微电网场景,构网型逆变器需要承担电压源角色,该技术增强的大信号直流电压稳定性可显著提升产品在复杂工况下的鲁棒性,减少因直流母线电压波动导致的脱网风险。这对我司SG250HX等大功率构网型逆变器产品线的技术升级具有明确的工程化价值。

从技术成熟度评估,论文已完成非线性模型推导和硬件实验验证,表明技术已具备工程化基础。但将其集成到商业化产品仍需解决几个关键问题:一是多机并联时的全状态协调控制策略,二是与我司现有储能系统的协同优化,三是在极端气象条件下的长期可靠性验证。

应用前景方面,该技术可与我司"1+X"模块化逆变器架构结合,增强分布式光伏电站的电网友好性。特别是在国内新型电力系统建设和海外独立微网市场,具备强扰动耐受能力的构网型产品将形成显著的竞争优势,建议尽快开展技术预研和知识产权布局。