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系统并网技术 并网逆变器 弱电网并网 微电网 ★ 5.0

基于MDSOGI选择性虚拟阻抗的不平衡与畸变弱电网下并网逆变器控制与稳定性分析

Control and Stability Analysis of Grid-Connected Inverters in an Unbalanced and Distorted Weak Grid Using MDSOGI Based Selective Virtual Impedance

作者 Mehmet Emin Akdogan · Deepak Ramasubramanian · Sara Ahmed
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年1月
技术分类 系统并网技术
技术标签 并网逆变器 弱电网并网 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 微电网 电能质量 PCC电压前馈控制 选择性虚拟阻抗环 系统稳定性
语言:

中文摘要

在非理想电网条件下,并网逆变器渗透率的提高以及单相微电网和不平衡负载并入三相微电网,会导致公共连接点(PCC)出现电压谐波和不平衡等电能质量问题。在弱电网中,电网阻抗也会增加,影响系统稳定性。本文针对畸变弱电网中的不平衡微电网,提出了一种基于多重双二阶广义积分器(MDSOGI)的、采用选择性虚拟阻抗环(SVIL)的新型PCC电压前馈控制方法。文中详细阐述了所提出的SVIL的构建,包括基频下的虚拟正/负序阻抗(VPI/VNI)环以及谐波频率下的虚拟可变谐波阻抗(VVHI)环。VPI和VVHI可改善低阶电压谐波,而VNI可调节PCC端的不平衡电压。此外,还评估了采用该控制方法时系统的稳定性。通过对畸变弱电网中的不平衡微电网进行控制硬件在环(CHIL)实验,验证了所提方法的有效性,结果表明,与现有方法相比,该方法可改善电能质量并提升系统性能。

English Abstract

Increasing the penetration of grid-connected inverters and integration of single-phase microgrids (MG) and unbalanced loads into three-phase MGs result in power quality issues such as voltage harmonics and unbalance at the point of common coupling (PCC) under nonideal grid conditions. The grid impedance also increases in a weak grid and influences the system's stability. This paper proposes a novel PCC voltage feed-forward control method using selective virtual impedance loops (SVIL) based on multiple dual second-order generalized integrators (MDSOGI) for unbalanced MGs in distorted weak grids. The comprehensive development of the proposed SVIL including virtual positive/negative-sequence impedance (VPI/VNI) loops at the fundamental frequency and a virtual variable harmonic impedance (VVHI) loop at harmonic frequencies is presented. VPI and VVHI improve low-order voltage harmonics while VNI regulates the unbalanced voltage at the PCC terminal. In addition, the system stability with the proposed control is evaluated. The effectiveness of the proposed approach is validated using control hardware-in-the-loop (CHIL) for an unbalanced MG in distorted and weak grid, demonstrating improved power quality and better performance compared to existing methods.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于MDSOGI的选择性虚拟阻抗控制技术对我们在弱电网环境下的逆变器产品具有重要应用价值。随着分布式光伏、储能系统在偏远地区和微电网场景的快速渗透,弱电网条件下的电能质量问题已成为制约我们产品性能发挥的关键瓶颈。

该技术的核心价值在于通过虚拟正负序阻抗和可变谐波阻抗的协同控制,能够同时解决电压不平衡和谐波畸变两大难题。这与我们在单相光伏接入三相微电网、储能系统参与电网调节等应用场景中遇到的实际痛点高度契合。特别是在工商业储能和户用光储一体化产品线,该技术可显著提升PCC点电压质量,增强系统在弱电网下的稳定运行能力,这对拓展我们在电网薄弱地区的市场份额具有战略意义。

从技术成熟度评估,论文已通过硬件在环(CHIL)验证,表明算法具备工程化基础。MDSOGI作为成熟的序分量提取方法,与我们现有逆变器控制平台的兼容性较好。然而,实际应用仍需关注几个挑战:一是多重虚拟阻抗环路的参数整定复杂度,需要建立面向不同电网条件的自适应调参机制;二是算法的实时计算负荷对控制器硬件性能的要求;三是在极弱电网(SCR<2)条件下的稳定性裕度需进一步验证。

建议将该技术优先应用于新一代组串式逆变器和储能变流器的前馈控制模块,结合我们在电网适应性方面的技术积累,形成差异化的弱电网解决方案,特别是针对"一带一路"沿线电网基础设施薄弱地区的项目需求。