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电动汽车驱动 微电网 ★ 5.0

孤立微电网的非线性动态建模与大信号稳定性分析

Nonlinear Dynamic Modeling and Large-Signal Stability Analysis of Isolated Microgrids

作者 Jiwei Ge · Yang Han · Ensheng Zhao · Yuxiang Liu · Amr S. Zalhaf · Ping Yang
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年11月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 微电网 暂态稳定性 分布式发电 非线性动态模型 吸引域
语言:

中文摘要

微电网的分布式发电主要来自可再生能源,通过电力电子变换器实现灵活的能量转换。然而,微电网缺乏旋转惯量,抗干扰能力较差,使其更容易出现暂态不稳定问题,而这种暂态不稳定无法通过小信号分析进行评估。为了分析大扰动对系统暂态稳定性的影响,本文对由构网型(GFM)和跟网型(GFL)变换器组成的微电网中的非线性特性进行了数学描述。然后,建立了独立交流微电网的通用非线性动态模型。此外,采用基于Takagi - Sugeno(TS)多模型的迭代算法来估计吸引域(DOA)。本文的主要创新点在于对由多种类型变换器和非线性负载组成的微电网的暂态稳定性进行量化和分析。此外,充分考虑了复杂非线性负载对吸引域的影响,使其更接近实际运行场景。时域仿真也验证了暂态稳定裕度的有效性。

English Abstract

The distributed generation of microgrids is mainly from renewable energy sources, where the flexible energy conversion is achieved through power electronic converters. However, microgrids suffer from a lack of rotational inertia and poor immunity to disturbance, making them more susceptible to transient instability that cannot be assessed by small-signal analysis. To analyze the effects of large disturbances on the transient stability of the system, nonlinearities in the microgrid consisting of grid-forming (GFM) and grid-following (GFL) converters are described mathematically. Then, a generic nonlinear dynamic model of the isolated AC microgrid is established in this paper. Moreover, the iterative algorithm based on Takagi-Sugeno (TS) multi-modeling is employed to estimate the domain of attraction (DOA). The main novelty of this paper is to quantify and analyze the transient stability of the microgrid consisting of multiple types of converters and nonlinear loads. Furthermore, the role of complex nonlinear loads on the DOA is fully considered to make it close to the actual operating scenario. The validity of the transient stability margin is also verified by time-domain simulations.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项关于孤岛微电网非线性动态建模和大信号稳定性分析的研究具有重要的战略价值。该论文针对微电网转动惯量不足和抗扰动能力弱的核心痛点,建立了包含构网型(GFM)和跟网型(GFL)变流器的通用非线性动态模型,这与阳光电源在光伏逆变器和储能变流器领域的技术路线高度契合。

对于阳光电源的产品线而言,该研究的吸引域(DOA)量化分析方法可直接应用于提升PowerTitan储能系统和SG3400HV等大型逆变器的暂态稳定性设计。特别是在工商业微电网和离网场景中,阳光电源的混合储能解决方案需要同时管理GFM和GFL模式切换,论文提出的Takagi-Sugeno多模型迭代算法为控制策略优化提供了理论工具,有助于在复杂非线性负载条件下精确预测系统稳定边界。

技术成熟度方面,该研究已通过时域仿真验证,处于从理论向工程应用过渡的阶段。对阳光电源而言,关键机遇在于将此方法集成到iSolarCloud智慧能源管理平台,实现微电网稳定性的实时评估与预警。主要挑战包括:多机并联场景下模型复杂度的计算负担、实际工况中参数辨识精度,以及与现有小信号分析工具的融合。

建议阳光电源重点关注该技术在高比例新能源接入场景的应用,特别是针对海岛、矿山等弱电网环境,通过大信号稳定性分析增强系统设计冗余度,这将显著提升公司在复杂应用场景下的竞争力和解决方案可靠性。