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电动汽车驱动 构网型GFM 跟网型GFL 微电网 ★ 5.0

基于Andronov-Hopf振荡器的孤岛微电网暂态同步稳定性分析与增强

Transient Synchronization Stability Analysis and Enhancement of an Islanded Microgrid Considering Interactions Between Andronov-Hopf Oscillator Based Inverter and Grid-Following Inverter

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 2025年8月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 构网型GFM 跟网型GFL 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 安德罗诺夫 - 霍普夫振荡器 动态功角模型 迭代等面积法 暂态同步稳定性 控制策略
语言:

中文摘要

基于安德罗诺夫 - 霍普夫振荡器(AHO)的构网型(GFM)逆变器能够主动支撑电压和频率。然而,在由AHO逆变器和跟网型(GFL)逆变器组成的孤岛微电网中,扰动会引发暂态同步稳定性问题。本文建立了动态功角模型,定义了等效机械功率、等效电磁功率以及等效阻尼项。考虑到等效阻尼项的时变性,采用迭代等面积法分析了系统参数、GFL参数和AHO参数在电流无约束运行情况下对稳定区域的影响。鉴于严重故障会使AHO逆变器进入电流限幅状态,推导了相应的稳定条件。在此基础上,针对AHO和GFL逆变器提出了一种两阶段暂态同步稳定性增强控制策略,并进一步分析了其稳定机制。仿真结果和硬件在环测试表明,当GFL逆变器出现电流扰动和发生接地故障时,所提出的控制策略能使系统过渡到新的稳定平衡点。

English Abstract

The grid-forming (GFM) inverter based on the Andronov-Hopf Oscillator (AHO) can actively support voltage and frequency. However, disturbances can lead to transient synchronization stability issues in the islanded microgrid composed of AHO inverter and grid-following (GFL) inverter. This paper establishes a dynamic power angle model, defining the equivalent mechanical and electromagnetic power as well as the equivalent damping term. Considering the time varying of the equivalent damping term, an iterative equal-area method is employed to analyze the impacts of system parameters, GFL parameters, and AHO parameters on the stability region under current unconstrained operation. Given that severe faults can cause the AHO inverter to enter the current limitation state, the corresponding stability conditions are derived. Based on this, a two-stage transient synchronization stability enhancement control strategy is proposed for both AHO and GFL inverters, and the stabilization mechanism is further analyzed. Simulation results and hardware-in-the-loop tests demonstrate that the proposed control strategy can transition the system to a new stable equilibrium point when current disturbances occur in the GFL inverter and ground faults happen.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文针对基于Andronov-Hopf振荡器(AHO)的构网型逆变器与跟网型逆变器在孤岛微网中的暂态同步稳定性问题,提出了系统性的分析方法和增强控制策略,这对我司在分布式光伏、储能系统及微网解决方案领域具有重要的技术参考价值。

该研究的核心价值在于解决了混合逆变器拓扑下的稳定性难题。当前阳光电源的微网项目中,往往需要同时部署构网型储能变流器和跟网型光伏逆变器,论文所揭示的相互作用机理及暂态失稳风险,正是我司在高渗透率新能源场景中面临的实际挑战。特别是在电网薄弱地区或离网模式下,如何保证系统在故障扰动后快速恢复稳定运行,直接关系到项目的可靠性和经济性。

论文提出的动态功率角模型和迭代等面积法,为我司逆变器控制算法优化提供了理论工具。更具实用价值的是两阶段暂态稳定增强控制策略,该策略考虑了限流状态下的稳定条件,这与阳光电源产品在实际运行中需要兼顾保护与稳定的需求高度契合。通过硬件在环测试的验证也表明技术成熟度较高,具备工程化应用潜力。

从技术挑战角度,该方法需要精确的参数辨识和实时计算能力,这对控制器硬件性能和算法优化提出更高要求。建议我司研发团队深入研究其在多机并联、不同容量配比场景下的适用性,并结合自主开发的先进控制平台,将相关成果转化为产品竞争力,特别是在工商业储能和离网型微网市场形成技术壁垒。