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电动汽车驱动 ★ 5.0

适用于多种控制模式逆变型资源的切换动态状态估计与事件检测

Switching Dynamic State Estimation and Event Detection for Inverter-Based Resources With Multiple Control Modes

作者 Heqing Huang · Yuzhang Lin
期刊 IEEE Transactions on Power Systems
出版日期 2024年12月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 逆变器资源 动态状态估计 期望最大化滑动窗口迭代扩展卡尔曼滤波 控制模式 状态估计
语言:

中文摘要

随着基于逆变器的电源(IBR)在电力系统中逐渐取代同步发电机(SG),IBR的动态状态估计(DSE)成为一个新兴课题。与SG不同,IBR的动态模型在很大程度上依赖于其控制算法,而传统的SG动态状态估计方法假定状态空间和动态模型不变,无法实时处理控制模式发生变化的IBR,尤其是当电网运营商不清楚IBR当前的控制模式时。针对这些挑战,本文提出了一种期望最大化滑动窗口迭代扩展卡尔曼滤波器(EM - SW - IEKF)方法。该方法通过期望最大化(EM)算法在理论上实现了不同模式下的最大似然估计,提供了系统最可能的控制模式以及相应的状态估计。该方法在各种IBR系统(电池储能系统和太阳能光伏系统)以及不同的控制模式转换(电网跟随控制与电网形成控制之间的切换,以及低电压穿越控制与最大功率点跟踪控制之间的切换)情况下得到了验证。

English Abstract

The Dynamic State Estimation (DSE) for Inverter-Based Resources (IBRs) is an emerging topic as IBRs gradually replace Synchronous Generators (SGs) in power systems. Unlike SGs, the dynamic models of IBRs heavily depend on their control algorithms, and conventional DSE methods for SGs, which assume a unchanged state space and dynamic model, cannot handle IBRs with control mode changes in real time, particularly when the power grid operators are unaware of the current control mode of the IBRs. In response to these challenges, an Expectation-Maximization Sliding-Window Iterated Extended Kalman Filter (EM-SW-IEKF) method is proposed in this paper. It theoretically achieves maximum likelihood estimation under different modes through the EM algorithm, providing the most probable control mode of the system as well as the corresponding state estimate. This method is validated in various IBR systems (battery energy storage systems and solar photovoltaic systems) and under different control mode transitions (switching between grid-following and grid-forming controls and between low voltage ride through and maximum power point tracking controls).
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SunView 深度解读

该切换动态状态估计技术对阳光电源储能与光伏产品具有重要应用价值。针对ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器在GFM/GFL控制模式切换时的动态行为监测,该方法可精准识别控制模式转换时刻并实时更新状态估计模型。可直接应用于PowerTitan储能系统的智能运维模块,通过扩展卡尔曼滤波与残差分析实现故障预警与模式切换检测,提升iSolarCloud平台的预测性维护能力。对于虚拟同步机VSG控制下的非线性动态特性捕捉,该技术可优化阳光电源构网型逆变器的状态监测精度,增强电网适应性与系统鲁棒性,为多控制模式协同运行提供技术支撑。