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控制与算法 构网型GFM ★ 5.0

用于提升构网型VSC主导电力系统功率与电压调节的分散式复合控制

Decentralized Composite Control for Enhanced Power and Voltage Regulation in Grid-Forming VSC Dominated Power System

作者 Ruixu Liu · Zhen Wang · Dong Feng · Jialiang Wu · Yu Shan
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年10月
技术分类 控制与算法
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网形成型电压源换流器 分散复合控制 模型预测控制 下垂同步 仿真验证
语言:

中文摘要

摘要:构网型电压源换流器(VSC)被视为未来以换流器为主导的电力系统的一种有前景的解决方案,但仍需要先进的控制方案来充分发挥其实现电网稳健运行的潜力。本文针对构网型VSC主导的电力系统提出了一种分散式复合控制方法。所提出的控制方案将基于模型预测控制(MPC)的电压控制与基于下垂控制的同步相结合,实现了快速电压调节和分散式功率分配。开发了一种用于电压控制的增强型MPC,以实现快速电压跟踪,同时减轻功率/电压回路耦合的影响并增强功率调节能力。此外,引入了一个干扰观测器来估计外部不可测值和模型参数的不确定性,有效补偿干扰并确保基于本地信息的精确控制。通过详细分析研究了所提出的控制器带来性能提升的内在机制。通过MATLAB/Simulink以及单VSC系统和多VSC系统的硬件在环实时仿真验证了所提出方案的有效性。

English Abstract

Grid-forming voltage source converters (VSCs) are regarded as a promising solution for future converter-dominated power systems, but they still demand advanced control schemes to realize their full potential for robust grid operation. This paper presents a decentralized composite control for grid-forming VSC-dominated power systems. The proposed control scheme integrates model predictive control (MPC)-based voltage control with droop-based synchronization, achieving fast voltage regulation and decentralized power sharing. An augmented MPC for voltage control is developed to enable rapid voltage tracking, while mitigating the impact of power/voltage loop coupling and enhancing power regulation. Furthermore, a disturbance observer is incorporated to estimate external unmeasured values and model parameters uncertainties, effectively compensating for disturbances and ensuring accurate control based on local information. The mechanism underlying the performance improvement brought by the proposed controller is investigated through detailed analysis. The validity of the proposed scheme is verified through MATLAB/Simulink and hardware-in-the-loop real-time simulations in both single- and multi-VSC systems.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对构网型变流器的去中心化复合控制技术具有重要的战略价值。随着我国"双碳"目标推进和新能源渗透率持续攀升,传统跟网型逆变器在弱电网环境下的稳定性局限日益凸显,而构网型技术正成为行业突破的关键方向。

该论文提出的模型预测控制(MPC)与下垂控制相结合的方案,直接契合阳光电源在大型地面电站和工商业储能系统中面临的核心痛点。其增强型MPC能够实现快速电压跟踪,同时通过解耦功率-电压环路耦合效应,显著提升多机并联场景下的功率分配精度。这对于我司1+X模块化逆变器和液冷储能系统的集群控制具有直接应用价值,可有效降低谐波畸变率,提升系统在电网故障穿越时的鲁棒性。

特别值得关注的是其扰动观测器设计,能够基于本地信息补偿外部扰动和参数不确定性,这为去中心化控制奠定了基础。在风光储氢多能互补场景中,该技术可减少对高带宽通信的依赖,降低系统复杂度和成本,这与阳光电源"1+X"模块化理念高度契合。

从技术成熟度评估,论文已完成MATLAB仿真和硬件在环验证,但距离工程化应用仍需解决实际电网复杂工况下的参数自适应问题,以及与现有SCADA系统的兼容性。建议我司技术团队重点关注其MPC算法的计算效率优化和在不同拓扑结构下的泛化能力,这将直接影响该技术在百兆瓦级储能电站中的商业化前景。该方向与我司构网型储能变流器的研发路线图高度协同,具备三年内形成差异化竞争优势的潜力。