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控制与算法 构网型GFM ★ 5.0

直流侧动态对构网型逆变器系统交互影响的研究

Effect of DC-Side Dynamics on Interactions in Grid-Forming Inverter Systems

作者 Theja Thilekha · Shaahin Filizadeh · Udaya Annakkage · Chandana Karawita · Dharshana Muthumuni
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 并网逆变器 直流侧动态 交互作用 动态相量建模 特征值分析
语言:

中文摘要

并网逆变器进行的功率调制深受其直流侧电路支持此类调制能力的影响。尽管关于直流微电网的初步研究已涵盖直流侧动态特性,但在存在并网逆变器的情况下,对潜在交流侧相互作用的分析仍有欠缺。本文深入研究了考虑逆变器直流侧电路关键动态特性的并网逆变器系统中的相互作用。本文的研究基于动态相量建模和特征值分析技术。针对一个并网逆变器与同步电机并联的示例系统给出的研究结果表明,纳入直流侧动态特性对于准确捕捉此类系统中可能出现的各种相互作用具有重要意义。文中还给出了基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果,以验证基于动态相量模型的预测结果的有效性。

English Abstract

The power modulations carried out by a grid-forming inverter are profoundly affected by the capability of the inverter's dc-side circuit to support such modulations. Although preliminary work on dc microgrids includes the dc-side dynamics, analysis of potential ac-side interactions in the presence of grid-forming inverters is lacking. This paper presents an in-depth study of the interactions in grid-forming inverter systems considering the critical dynamics contributed by the inverter's dc-side circuitry. The study in this paper is based upon dynamic phasor modeling and eigenvalue analysis techniques. The results presented for an exemplar system of a grid-forming inverter paralleled with a synchronous machine prove the significance of including dc-side dynamics to accurately capture the full range of interactions that may occur in such systems. Detailed electromagnetic transient simulation results from PSCAD/EMTDC are included to verify the validity of the predictions of the dynamic-phasor-based model.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项关于构网型逆变器直流侧动态特性对系统交互影响的研究具有重要的工程应用价值。随着我司在光储一体化和大型地面电站领域持续深耕,构网型逆变器技术已成为实现高比例新能源并网的核心解决方案,而该论文揭示的直流侧动态特性对交流侧稳定性的深层影响,直接关系到产品的实际运行可靠性。

该研究通过动态相量建模和特征值分析,系统阐明了直流侧电路(如储能电池系统、光伏阵列及DC/DC变换器)的动态响应能力如何影响构网型逆变器的功率调制性能,这对我司优化1500V大功率逆变器和储能变流器的控制策略具有直接指导意义。特别是在构网型逆变器与同步发电机并联运行的场景中,论文证实了忽略直流侧动态可能导致对系统交互特性的误判,这为我司在风光储混合系统设计中提供了重要的理论依据。

从技术成熟度评估,该研究基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真验证了模型的有效性,表明相关理论已具备工程化应用基础。对于阳光电源而言,技术机遇在于:可将该分析方法集成到逆变器控制器设计流程中,增强产品在弱电网和高渗透率场景下的适应性;同时为储能系统的容量配置和响应速度要求提供量化依据。

主要挑战在于如何将复杂的多时间尺度动态耦合分析转化为实时控制算法,以及如何在不同储能技术(锂电、液流电池等)和光伏阵列配置下建立通用化的直流侧动态模型。建议我司研发团队深化该方向研究,将其纳入下一代智能构网型逆变器的核心技术储备。