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基于无源性电压控制器的逆变器电流反馈跟网型逆变器稳定性增强
Stability Enhancement of Inverter-Current Feedback Grid-Following Inverters Using a Passivity-Based Voltage Controller
| 作者 | Yukai Huang · Jinbang Xu · Jie Ye · Songtao Huang · Ziao Ren · Anwen Shen |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 跟网型GFL |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 逆变器稳定性 电流反馈 无源设计方法 公共耦合点电压控制器 能量转换效率 |
语言:
中文摘要
由于具有强大的功率输出性能,跟网型逆变器仍然是现代可再生能源系统的主要接口。随着全球对清洁高效能源转换的需求不断增加,优化逆变器系统的稳定性对于将可再生能源接入电网至关重要。在某些能源转换场景中,由于设备限制和空间约束,电流传感器被安装在逆变器侧,这可能会影响逆变器的稳定性。虽然已经对逆变器侧电流反馈(ICF)配置的稳定性进行了研究,但进一步提高其稳定性的方法仍有待深入探索。本文采用基于无源性的设计方法分析了 ICF 跟网型逆变器的稳定性,重点研究了公共耦合点电压控制器。对所提出的控制器进行了全面分析,并给出了详细的设计策略,以确保其在不同电网阻抗条件下的稳定性。实验结果验证了理论分析,证明了所提出的设计在提高 ICF 跟网型逆变器稳定性方面的有效性。这些进展有助于提高能源转换效率和可靠性。
English Abstract
Grid-following inverters remain the primary interface for modern renewable energy systems due to their strong power output performance. As the global demand for clean and efficient energy conversion increases, optimizing the stability of inverter systems is crucial for integrating renewable sources into the power grid. In certain energy conversion scenarios, current sensors are placed on the inverter side due to equipment constraints and space limitations, which can impact the stability of the inverter. Although the stability of inverter-side current feedback (ICF) configurations has been studied, methods to further enhance their stability remain underexplored. In this paper, the stability of ICF grid-following inverters is analyzed using a passivity-based design approach, focusing on a point of common coupling voltage controller. The proposed controller is thoroughly analyzed, and a detailed design strategy is presented to ensure stability under varying grid impedance conditions. Experimental results validate the theoretical analysis, demonstrating the effectiveness of the proposed design in enhancing the stability of ICF grid-following inverters. These advancements contribute to improving energy conversion efficiency and reliability.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于无源性设计的逆变器稳定性增强技术具有重要的工程应用价值。当前,我司光伏逆变器和储能变流器产品在全球市场占有率持续提升,但在实际应用中,受制于设备布局和成本优化需求,电流传感器往往需要配置在逆变器侧而非电网侧,这种逆变器侧电流反馈(ICF)配置在弱电网环境下存在稳定性挑战,特别是在高比例新能源接入和复杂电网阻抗条件下。
该论文提出的基于无源性理论的公共耦合点电压控制器设计方法,为解决ICF构型跟网型逆变器的稳定性问题提供了系统化方案。这对我司产品线具有三方面价值:首先,可直接应用于新一代组串式和集中式光伏逆变器,在保持现有硬件架构的前提下,通过控制策略优化提升弱电网适应能力;其次,对于大规模储能系统中的PCS产品,该技术能增强多机并联场景下的系统鲁棒性,降低振荡风险;第三,有助于我司在海外市场拓展中应对更严苛的电网适应性标准。
从技术成熟度评估,无源性控制理论基础扎实,论文提供了详细的设计策略和实验验证,工程化门槛相对较低。主要挑战在于如何将该方法与我司现有的多层级控制架构融合,以及在极端电网扰动下的性能边界验证。建议技术中心启动预研项目,重点关注该控制策略与我司自主研发的先进电网支撑功能的协同优化,这将成为提升产品差异化竞争力的重要技术储备,特别是在构网型与跟网型混合应用场景中具有突破性意义。