← 返回
储能系统技术 储能系统 构网型GFM ★ 5.0

基于等效电路模型的构网型逆变器大信号稳定性分析

Large-Signal Stability Analysis of Grid-Forming Inverters With Equivalent-Circuit Models

作者 Nathan Baeckeland · Diptak Pal · Gab-Su Seo · Brian Johnson · Sairaj Dhople
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年2月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网形成型逆变器 大信号稳定性评估 能量函数 等效电路表示 临界清除时间
语言:

中文摘要

本文提出了一种基于能量函数的直接方法,用于评估构网型(GFM)逆变器的大信号稳定性,该方法利用了所有相关控制层和物理层动态的等效电路表示。建模与分析框架涵盖了三种不同的一次控制、标准的电流内环 - 电压外环级联控制架构、输出 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$LCL$</tex-math></inline-formula> 滤波器以及参考电流饱和限幅。通过对从电路表示中获取的各个能量分量求和,得到了 GFM 逆变器的复合能量函数。由于该方法基于电路理论基础,因此可以很容易地推广到不同的一次控制、输出滤波器配置和电流限幅器。数值仿真验证了该方法在估计大信号扰动后临界清除时间方面的有效性。

English Abstract

This paper proposes an energy function-based direct method for large-signal stability assessment of grid-forming (GFM) inverters leveraging an equivalent-circuit representation of all involved control- and physical-layer dynamics. Three different primary controls, a standard inner-current outer-voltage cascaded-control architecture, output LCL filter, and reference-current saturation limiting are featured in the modeling and analysis framework. A composite energy function for the GFM inverter is obtained by summing up individual energy contributions gleaned from the circuit representation. The approach can readily be generalized to different primary controls, output-filter arrangements, and current limiters since it is based on a circuit-theoretic foundation. Numerical simulations validate the efficacy of the approach in estimating the critical clearing time following a large-signal disturbance.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于能量函数的构网型逆变器大信号稳定性分析技术具有重要的战略价值。随着新能源渗透率不断提升,电网对逆变器的构网能力提出更高要求,阳光电源作为全球领先的逆变器供应商,亟需突破传统小信号分析的局限性,应对电网大扰动场景下的稳定性挑战。

该论文提出的等效电路模型方法具有显著的工程实用性。通过将控制层和物理层动态统一为电路表征,并构建复合能量函数来评估临界切除时间,这为阳光电源的SG250HX等大功率光伏逆变器和PowerTitan储能系统的稳定性设计提供了新的理论工具。特别是该方法涵盖了电流电压级联控制、LCL滤波器和电流限幅等实际工程要素,与阳光电源现有产品架构高度契合,可直接应用于控制参数优化和保护策略设计。

从技术成熟度评估,该方法基于成熟的电路理论和能量函数分析,理论基础扎实,但从学术研究到工程化应用仍需验证。建议阳光电源在以下方面开展技术攻关:一是将该方法集成到数字孪生平台,实现逆变器并网前的稳定性预评估;二是结合实际电网工况数据,建立适用于不同场景的能量函数库;三是探索与现有LVRT/HVRT保护策略的协同优化。

主要挑战在于复杂拓扑下能量函数构建的计算复杂度,以及多机并联系统的扩展性问题。但这项技术为阳光电源在构网型逆变器领域建立技术壁垒、提升产品在弱电网和微电网场景的适应性提供了重要机遇,对巩固其在全球新能源装备市场的领先地位具有战略意义。