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储能系统技术 储能系统 构网型GFM ★ 5.0

一种考虑电流限制算法的电网形成型VSC暂态稳定性增强方法

A Transient Stability-Enhanced Method for Grid-Forming VSCs Considering the Current Limiting Algorithm

作者 Panbao Wang · Shenguang Li · Wei Wang · Dianguo Xu
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年9月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网电压骤降故障 暂态稳定性增强方法 自适应虚拟阻抗 故障电流限制 电网形成型电压源变流器
语言:

中文摘要

为解决电网电压跌落故障期间成网型电压源换流器(GFM-VSC)限流方法的稳定性问题,本文提出一种考虑限流算法的暂态稳定性增强方法(TSEM)。该方法通过自适应虚拟阻抗(AVI)限制稳态故障电流,并通过检测电网电压幅值来调整功率参考值,以在电网电压跌落故障期间建立功率曲线的平衡点(EP)。由于该方法在构建平衡点的同时通过降低电压参考值来限制故障电流,因此在故障期间能够保持电压源的运行特性以及功率同步。该方法的另一个显著优点是,无需采样电网电压或测量线路阻抗,仅通过控制器中的变量即可检测电网电压跌落的幅值。此外,本文建立了基于虚拟功角的大信号模型,以揭示不同控制方式下的暂态稳定性。最后,实验结果验证了所提出的控制方法能够有效限制故障电流,并增强了GFM-VSC的暂态稳定性。

English Abstract

To address the instability issue in the current limiting method of grid-forming voltage-source converters (GFM-VSCs) during grid sag faults, this paper proposed a transient stability-enhanced method (TSEM) considering the current limiting algorithm. The proposed method limits the steady-state fault current by adaptive virtual impedance (AVI) and adjusts the power reference by detecting the grid voltage magnitude to establish equilibrium points (EPs) of the power curve during grid sag faults. Since this method limits the fault current by reducing the voltage reference while constructing EPs, the voltage source operating characteristics as well as the power synchronization are maintained during faults. Another significant advantage of the proposed method is that the magnitude of grid voltage sag can be detected by variables in the controller without sampling the grid voltage or measuring the line impedance. In addition, a virtual-power-angle-based large-signal model is established in this paper to reveal the transient stability under different controls. Finally, experimental results verify that the proposed control effectively limits the fault current and enhances the transient stability of GFM-VSCs.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的构网型变流器暂态稳定增强方法具有重要的工程应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,我们在高比例新能源接入场景中面临的核心挑战之一,就是如何在电网故障时既保证设备安全又维持系统稳定运行。

该技术的核心创新在于通过自适应虚拟阻抗和功率基准调节的协同作用,在限流的同时保持了构网型变流器的电压源特性和功率同步能力。这对我们的储能变流器和大型光伏电站应用尤为关键。传统限流方法往往导致系统失稳,而该方法通过在功率曲线上构建平衡点,从根本上解决了电网跌落故障时的稳定性问题。特别值得关注的是,该方法无需额外采样电网电压或测量线路阻抗,仅依靠控制器内部变量即可检测电网电压跌落程度,这显著降低了实现复杂度和成本,提升了系统可靠性。

从技术成熟度评估,该方法已通过实验验证,具备较好的工程化基础。对阳光电源而言,将其集成到新一代构网型储能变流器和光储一体化系统中,可显著增强产品在弱电网环境下的适应能力,这对拓展海外市场和参与电网侧储能项目具有战略意义。

潜在挑战在于需要深入研究不同电网工况下的参数自适应策略,以及与现有保护系统的协调配合。建议我们的研发团队重点关注该技术在多机并联场景下的扩展性,以及与我们现有的虚拟同步机技术路线的融合可能性,这将为阳光电源在构网型技术领域保持领先地位提供有力支撑。