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基于Andronov-Hopf振荡器的逆变器暂态稳定性分析与控制策略增强
Transient Stability Analysis and Enhanced Control Strategy for Andronov-Hopf Oscillator Based Inverters
| 作者 | Li Li · Huihui Song · Shitao Wang · Meng Liu · Song Gao · Haoyu Li |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 构网型GFM 下垂控制 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 安德罗诺夫 - 霍普夫虚拟振荡器控制 暂态稳定性 动态功角模型 控制策略 仿真验证 |
语言:
中文摘要
基于安德罗诺夫 - 霍普夫(Andronov - Hopf)的虚拟振荡器控制(AHO)是一种新型的非线性构网型(GFM)控制策略,与下垂控制和虚拟同步发电机控制相比,具有更好的动态性能。然而,电网电压跌落会影响AHO逆变器与电网之间的同步。在极端情况下,系统可能没有稳定运行点,从而导致暂态稳定性问题。本文建立了考虑逆变器电压特性的动态功角模型。随后,分析了在电流无约束运行情况下AHO参数对暂态稳定性的影响,并讨论了电流限幅策略的作用。在此基础上,从优化电压特性和补偿功率设定值(OVCP)的角度,提出了一种用于AHO逆变器的暂态稳定性增强控制策略。接着,建立了小信号模型来分析所提策略的稳定性。最后,进行了基于RT - BOX的仿真和硬件在环仿真,以验证所提暂态稳定性增强控制策略的有效性。
English Abstract
The Andronov-Hopf based virtual oscillator control (AHO) is a novel nonlinear grid-forming (GFM) control strategy that has better dynamic performance compared with droop and virtual synchronous generator. However, the grid voltage drop can affect the synchronization between the AHO inverter and the grid. In extreme cases, the system may lack a stable operating point, leading to transient stability issues. This paper establishes a dynamic power angle model that takes into account the voltage characteristics of the inverter. Subsequently, the influence of AHO parameters on transient stability is analysed under current unconstrained operation, and the impacts of current limitation strategy are discussed. On this basis, a transient stability enhanced control strategy for AHO inverters is proposed from the perspective of optimizing voltage characteristics and compensating power setpoints (OVCP). A small-signal model is then established to analyse the stability of the proposed strategy. Finally, simulations and hardware-in-the-loop simulations based on RT-BOX are conducted to verify the effectiveness of the proposed transient stability enhanced control strategy.
S
SunView 深度解读
从阳光电源构网型逆变器技术演进角度看,该论文提出的Andronov-Hopf虚拟振荡器控制策略代表了新一代非线性并网控制技术方向,对我司光伏逆变器和储能系统的技术升级具有重要参考价值。
在业务应用层面,AHO控制相比传统下垂控制和虚拟同步机具有更优的动态性能,这直接契合我司大型地面电站和工商业储能系统在弱电网环境下的并网稳定性需求。特别是在高比例新能源接入场景中,构网型逆变器需要承担电网支撑功能,该技术通过优化电压特性和功率补偿的暂态稳定增强策略,能够有效应对电网电压跌落等极端工况,提升系统抗扰动能力。
从技术成熟度评估,论文已建立完整的功率角动态模型和小信号稳定性分析框架,并通过RT-BOX硬件在环验证,表明技术已进入工程化验证阶段。这为我司将该控制算法集成到现有SG系列逆变器和PowerTitan储能系统提供了可行性基础。当前限流策略对暂态稳定的影响分析尤为关键,这直接关系到设备在故障穿越时的实际表现。
技术挑战主要集中在参数整定的工程化方法和多机并联时的协调控制。机遇在于该技术可显著增强我司产品在新型电力系统中的主动支撑能力,特别是在微电网、独立电网等高端应用场景中形成差异化竞争优势,支撑公司从设备供应商向能源系统解决方案提供商的战略转型。建议启动预研项目,结合我司实际工况开展适应性开发。