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光伏发电技术 储能系统 构网型GFM ★ 5.0

考虑光伏功率动态特性与电网强度适应性的构网型光伏系统直流链路电压同步控制增强方法

Enhanced DC-Link Voltage Synchronization Control for Grid-Forming Photovoltaic Systems Considering PV Power Dynamics and Grid Strength Adaptability

作者 Lingchao Kong · Chao Wu · Junzhong Xu · Jian Wang · Yong Wang
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年9月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能系统 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 大规模光伏 电网形成策略 光伏前级变换器 稳定性分析 直流母线电压同步策略
语言:

中文摘要

大规模光伏发电的接入给电网带来了低惯量和弱阻尼等重大挑战。为有效解决这些问题,光伏系统(PV)采用了构网型(GFM)策略。在这类系统中,前级变换器负责最大功率跟踪,而后级采用直流母线电压同步控制。然而,传统上通过恒功率源(CPS)模型对光伏及前级动态特性进行建模时,往往会忽略前级变换器的固有阻抗,从而导致稳定性识别不准确。为纠正这一偏差,本文提出了一种光伏前级变换器的等效电路模型,该模型采用电源与并联阻抗相结合(PPI)的形式,能够精确捕捉光伏前级的动态特性,便于对后级变换器进行稳定性分析。此外,为解决传统匹配控制引发的低频振荡问题,本文提出了一种改进的直流母线电压同步策略。该策略将比例环节与低通滤波环节并联。通过解析方法量化了采用该策略的光伏构网型系统的直流母线电压调节能力、电网强度适应性和电网支撑能力,并通过算例进行了验证。

English Abstract

The integration of large-scale photovoltaics induces significant challenges of low inertia and weak damping within power grids. To effectively address these issues, grid-forming (GFM) strategies have been adopted in photovoltaic systems (PV). In such systems, the front-stage converter is tasked with maximum power tracking, while the back-stage adopts dc-link voltage-synchronized control. However, conventional modeling of the photovoltaic and front-stage dynamics via a constant power source (CPS) model tends to neglect the intrinsic impedance of the front-stage converter, leading to inaccuracies in stability identification. To rectify this oversight, this paper introduces an equivalent circuit model of the PV front-stage converter, which features a power source combined with parallel impedance (PPI), precisely capturing the PV front-stage dynamics and facilitating the stability analysis of the back-stage converter. Furthermore, to address the issue of the low-frequency oscillation induced by the conventional matching control, an enhanced dc-link voltage synchronization strategy is proposed in this paper. This strategy integrates a proportional loop in parallel with a low-pass filter loop. The dc-link voltage regulation, grid strength adaptability, and grid support capability of the PV-GFM system with the proposed strategy are quantified analytically and verified by case studies.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对构网型光伏系统的直流母线电压同步控制技术具有重要的战略价值。随着我国"双碳"目标推进和新型电力系统建设,大规模光伏接入导致的电网低惯量、弱阻尼问题日益突出,传统跟网型逆变器已难以满足电网支撑需求,构网型技术正成为行业突破方向。

该论文提出的增强型控制策略解决了两个核心痛点:首先,通过引入功率源并联阻抗(PPI)等效电路模型,突破了传统恒功率源建模的局限性,更精确地刻画了前级DC-DC变换器的动态特性,这对阳光电源优化双级式光伏逆变器的协同控制具有直接指导意义。其次,所提出的比例环路与低通滤波环路并联的控制架构,有效抑制了传统匹配控制引发的低频振荡,显著提升了系统在弱电网环境下的适应性和稳定裕度。

对于阳光电源的产品线而言,该技术可直接应用于大功率集中式逆变器和工商业储能变流器产品升级。特别是在西北大基地、海上风光项目等弱电网场景,构网型能力将成为差异化竞争优势。技术成熟度方面,论文已完成理论建模和案例验证,距离工程化应用尚需解决参数自适应整定、多机并联协调等实际问题。

建议公司重点关注该技术与现有SG3400HV等主力机型的融合路径,同时评估在光储一体化系统中的协同价值。技术挑战在于需要建立完善的电网强度在线辨识机制和控制参数动态调整策略,这也为公司在算法层面建立技术壁垒提供了机遇。