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基于双轴同步电机视角的构网型与跟网型变流器互联小信号同步稳定性分析
Small Signal Synchronization Stability Analysis of Interconnected System Containing Grid-Forming and Grid-Following Converters From the Perspective of Dual-Axis Synchronous Generator
| 作者 | Huanhai Xin · Kehao Zhuang · Pengfei Hu · Linbin Huang · Xinyu Liu · Guang Hu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 构网型GFM 跟网型GFL |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 可再生能源 电压源换流器 小信号同步稳定性 同步稳定性分析模型 参数优化 |
语言:
中文摘要
随着大规模可再生能源接入电网,构网型(GFM)电压源换流器(VSC)与跟网型(GFL)VSC的互联已成为电力系统的一个显著发展趋势。然而,GFM VSC和GFL VSC在同步机制上存在显著差异,导致互联系统的小信号同步稳定特性尚不明确。为填补这一空白,本文引入同步发电机同时控制dq轴内电势分量的概念以增进物理理解,构建了一种能够统一GFM - VSC和GFL - VSC的等效结构。在数学层面,建立了基于电流源的互联系统同步稳定性分析模型。此外,基于广义奈奎斯特判据,提出了互联系统小信号同步稳定裕度的定量指标,并简要分析了控制参数对小信号同步稳定性的影响。另外,提出了一种基于参与因子迭代的GFM - VSC参数与配置优化方法。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真算例,验证了理论分析的合理性。
English Abstract
With the integration of large-scale renewable energy sources into the power grid, the interconnection between Grid-Forming (GFM) Voltage Source Converters (VSCs) and Grid-Following (GFL) VSCs has become a prominent trend in the power system. However, significant differences in the synchronization mechanisms between GFM VSCs and GFL VSCs have led to unclear small-signal synchronization stability characteristics in interconnected systems. To address the gap, this paper employs the concept of a synchronous generator that simultaneously controls the dq internal potential components for a better physical understanding, constructing an equivalent structure capable of unifying GFM-VSC and GFL-VSC. Mathematically, a synchronization stability analysis model for interconnected systems based on current sources is established. Furthermore, a quantitative indicator for the small-signal synchronization stability margin in interconnected systems is introduced based on the generalized Nyquist criterion, and a concise analysis is presented regarding the impact of control parameters on small-signal synchronization stability. In addition, an optimization method for GFM-VSCs parameters and configuration based on participation factor iteration is proposed. Finally, simulation examples are built in MATLAB/Simulink to verify the rationality of the theoretical analysis.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文针对构网型(GFM)与跟网型(GFL)变流器互联系统的同步稳定性分析具有重要的工程应用价值。随着我司光伏逆变器和储能系统在大型新能源电站中的广泛部署,GFM与GFL混合组网已成为实际工程的典型场景。该研究通过双轴同步发电机的统一建模视角,为解决两类变流器同步机理差异导致的稳定性问题提供了理论工具。
该技术的核心价值在于三个方面:首先,基于电流源的统一建模方法能够帮助我司在产品设计阶段更准确地预测GFM逆变器(如储能PCS)与GFL逆变器(如传统光伏逆变器)混合系统的稳定裕度,这对于大型光储电站的系统集成至关重要。其次,论文提出的基于广义奈奎斯特准则的量化指标和参数优化方法,可直接应用于我司iSolarCloud智慧能源管理平台,实现控制参数的自适应优化,提升系统稳定性。第三,参与因子迭代的参数配置方法为多机并联场景下的协调控制提供了新思路。
从技术成熟度评估,该研究已完成MATLAB仿真验证,但距离工程化应用仍需开展硬件在环测试和实际电站验证。技术挑战主要体现在:复杂电网工况下模型的适用性边界、实时计算的算力需求、以及与现有控制策略的兼容性。对阳光电源而言,机遇在于可将此技术整合到下一代PowerTitan储能系统和SG320HX光伏逆变器的控制算法中,形成差异化竞争优势,特别是在弱电网和高比例新能源接入场景下,增强产品的电网适应性和系统稳定性保障能力。