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控制与算法 构网型GFM 跟网型GFL ★ 5.0

一种可切换的跟网型与构网型控制新结构设计

A Novel Design for Switchable Grid-Following and Grid-Forming Control

作者 Huazhao Ding · Rabi Kar · Zhixin Miao · Lingling Fan
期刊 IEEE Transactions on Sustainable Energy
出版日期 2024年12月
技术分类 控制与算法
技术标签 构网型GFM 跟网型GFL
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电压源变流器 可切换控制结构 电网跟随模式 电网形成模式 模式切换
语言:

中文摘要

本文提出了一种新型构网型(GFM)控制结构的设计方法,该结构由典型的跟网型(GFL)控制结构经最小化修改而来,通过手动切换标志位即可实现电压源换流器(VSC)在GFL与GFM模式间的灵活切换。所设计的VSC可在并网模式下通过锁相环(PLL)同步至主电网运行于GFL模式,也可在并网或孤岛条件下以基于功率的同步机制运行于GFM模式。为确保运行的平稳性,本文通过一系列实验对控制策略及模式切换逻辑进行了验证。实验结果表明,该可切换控制结构能有效实现预期控制功能,并支持控制模式间的平滑切换。

English Abstract

This paper presents the design of a novel grid-forming (GFM) control structure adapted from a typical grid-following (GFL) control structure with minimal edits, thereby enabling a switchable control structure for voltage sourced converters (VSCs) to operate in either GFL or GFM mode by simply switching a flag manually. The VSC is shown to be able to operate in the GFL control mode synchronizing to the main grid through a phase-locked-loop (PLL) and operate as a GFM controller with power-based synchronization for both grid-connected and islanded conditions. To guarantee smooth operation, the control schemes and the mode switching logic have been carefully designed and examined via a series of experiments. The experiment results show that the switchable control structure can fulfill the desired control and operation functions and enable smooth transition between control modes.
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SunView 深度解读

该可切换GFL/GFM控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan储能系统具有重要应用价值。通过最小化修改实现模式切换的设计思路,可直接应用于现有产品的固件升级,降低硬件改造成本。在并网场景下,ST储能系统可运行于GFL模式提供功率支撑;在弱网或孤岛工况下自动切换至GFM模式维持电网稳定,显著提升系统适应性。该技术与阳光现有VSG虚拟同步机控制形成互补,为SG光伏逆变器在微电网应用中提供灵活的并离网切换能力,同时可增强充电桩在V2G场景下的电网支撑功能,提升产品在复杂电网环境下的竞争力。