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构网型变流器:控制与稳定特性 (Grid-Forming Converters: Control and Stability Characteristics)
构网型变流器:控制与稳定特性
迟永宁 · 江炳蔚 · 范译文 · 胡家兵 等8人 · 高电压技术 · 2025年4月 · Vol.51
随着新能源渗透率提高，电网强度减弱、惯量阻尼降低，具备惯量支撑能力的构网型变流器优势显著，成为最具前景的并网变流器类型。作为新能源接入电网的关键接口，其控制稳定性直接影响系统整体稳定性。本文从扰动模型构建与分析方法出发，揭示控制环节与动态特性的关联，围绕惯量动态、故障电流及宽频振荡三方面剖析其动态响应与稳定特性，明确大电网条件下稳定控制的关键问题，并展望未来研究方向，为构网型变流器的深入研究与工程应用提供参考。
解读: 该研究对阳光电源储能与光伏产品的GFM控制技术升级具有重要指导意义。研究成果可直接应用于ST系列储能变流器和大型储能系统PowerTitan的惯量支撑功能优化，提升其在弱电网条件下的稳定性能。同时对SG系列光伏逆变器的高穿越控制和振荡抑制也有重要参考价值。特别是扰动模型分析方法可用于完善公司VSG控...
用于大规模新能源架空线路送出的储能型柔性直流输电系统
Energy Storage-based Flexible HVDC Transmission System for Large-scale Renewable Energy Overhead Line Integration
肖晃庆 · 朱琼海 · 黄莹 · 张利东 等6人 · 电力系统自动化 · 2025年4月 · Vol.49
针对大规模新能源经远距离架空线路外送场景，提出一种具备平抑功率波动、阻断直流故障及主动支撑电网能力的储能型柔性直流输电系统。该系统为两端混合拓扑，送端采用具直流故障阻断能力的储能型模块化多电平换流器（MMC），受端为半桥MMC，接地极配置二极管阀以抑制故障电流。分析了系统工作原理与储能型MMC双极短路故障电流发展机理，提出了主动功率支撑与故障穿越控制策略。仿真验证了系统拓扑与控制方案的可行性及有效性，结果表明系统可实现波动功率的平稳传输，并具备主动支撑与自主清除直流故障能力。
解读: 该储能型柔性直流输电技术对阳光电源ST系列储能系统和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。文章提出的储能型MMC拓扑与直流故障阻断技术，可直接应用于阳光电源大规模储能变流器的功率模块设计，提升系统故障穿越能力。其主动功率支撑控制策略与阳光电源构网型GFM控制技术高度契合，可增强新能源场站...
并网变换器故障电流倍增器
Inverter Fault Current Multiplier for Grid-Interactive Converters
Kartavya Agarwal · Pranjal Gajare · Joseph Benzaquen · Deepak Divan · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
随着逆变器资源（IBR）渗透率提高，传统过流保护面临挑战。由于IBR故障电流受限且多变，难以实现灵敏的选择性保护。本文提出了一种逆变器故障电流倍增技术，旨在提升电网故障期间逆变器的故障电流输出能力，从而优化保护系统的动作性能。
解读: 该研究直接关联阳光电源的核心业务。随着电网对构网型（GFM）技术及故障穿越能力要求提高，如何提升逆变器（如PowerTitan储能系统、SG系列组串式逆变器）在故障下的电流支撑能力是行业痛点。该技术方案有助于优化阳光电源产品的控制策略，使其在弱电网或故障工况下表现出更强的电网适应性，并能更好地配合电...
一种用于微电网保护的Δ型直流断路器
A Δ-Source DC Circuit Breaker for Microgrid Protection
Chen Wang · Weizhang Song · Haobo Zhang · Ke Jia 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 预计 2026年6月
针对传统Z源断路器存在的非共地、源侧故障电流大及自主断路范围窄等问题，本文提出了一种新型双向Δ源直流断路器拓扑。该拓扑利用三绕组耦合电感，能够产生高电压增益，有效提升微电网直流侧的故障切断能力与系统保护可靠性。
解读: 该技术对阳光电源的储能系统（如PowerTitan、PowerStack）及微电网解决方案具有重要参考价值。直流侧故障保护是高压储能系统安全的核心，该Δ源拓扑通过耦合电感实现高效故障电流抑制，有助于提升PCS在直流侧短路情况下的保护响应速度和系统安全性。建议研发团队评估该拓扑在直流微电网及大型储能电...
多电平非超导故障限流器：分析与实际可行性
Multilevel Nonsuperconducting Fault Current Limiter: Analysis and Practical Feasibility
Morteza Nazari-Heris · Hesam Nourmohamadi · Mehdi Abapour · Mehran Sabahi · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年8月
本文提出了一种基于多电平开关策略的新型非超导故障限流器（NSFCL）拓扑。该电路通过在回路中串入不同阻值来限制高水平故障电流。由于采用多电平开关策略，有效减少了开关次数，降低了损耗，并提升了故障电流处理的灵活性与可靠性。
解读: 该技术对于提升阳光电源的电网适应性具有重要参考价值。在大型地面光伏电站及PowerTitan等大容量储能系统应用中，电网故障下的短路电流冲击是系统保护设计的难点。该多电平限流拓扑可优化系统在故障穿越（LVRT/HVRT）期间的电流抑制能力，减少对逆变器功率器件的应力冲击。建议研发团队评估该拓扑在集中...
逆变器接口可再生能源发电机对方向继电器的影响及改进方案
Influence of Inverter-Interfaced Renewable Energy Generators on Directional Relay and an Improved Scheme
Ke Jia · Zhe Yang · Yu Fang · Tianshu Bi 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年12月
电力电子接口的可再生能源发电系统在故障时表现出显著的低频谐波和不平衡序阻抗特性，导致基于故障分量的方向继电器误动作。本文分析了其影响机理，并提出了一种改进的继电保护方案，以提升电网故障下的保护可靠性。
解读: 该研究直接关系到阳光电源组串式及集中式光伏逆变器在电网故障下的保护策略。随着高比例电力电子设备接入，逆变器输出的非工频特性对电网继电保护的影响日益显著。阳光电源应在逆变器控制算法中集成更优的故障电流支撑策略，以兼容现有的电网保护逻辑，避免误跳闸。此外，该研究对iSolarCloud智能运维平台在故障...
基于超导磁储能的直流断路器在HVDC应用中的研究
Superconducting Magnetic Energy Storage-Based DC Circuit Breaker for HVDC Applications
Amir Heidary · Mohamad Ghaffarian Niasar · Farzad Dehghan Marvasti · Marjan Popov · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本文针对高压直流（HVDC）系统故障期间电流快速上升的保护难题，提出了一种基于超导磁储能（SMES）的直流断路器方案。该技术旨在通过快速响应特性满足HVDC系统对保护装置在功能与实用性方面的严苛要求，为高压直流输电系统的安全运行提供了一种创新的保护手段。
解读: 该技术主要针对高压直流输电（HVDC）领域，虽然阳光电源目前的核心业务集中在光伏逆变器、储能系统（如PowerTitan系列）及风电变流器，尚未直接涉及超高压直流输电保护设备，但该研究中涉及的快速故障电流抑制与直流保护策略，对于阳光电源未来拓展大功率储能电站的直流侧保护技术具有参考价值。建议研发团队...
一种桥式故障限流器的新型结构：基于电容的非超导故障限流器
A Novel Structure for Bridge-Type Fault Current Limiter: Capacitor-Based Nonsuperconducting FCL
Hesam Nourmohamadi · Morteza Nazari-Heris · Mehran Sabahi · Mehdi Abapour · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年4月
随着电力系统规模扩大与互联程度加深，系统短路容量增加导致故障电流水平显著上升。本文提出一种新型桥式故障限流器（FCL）结构，通过基于电容的非超导设计，有效限制故障电流，提升电网故障穿越能力，且无需超导材料，具备更高的工程应用可行性。
解读: 该技术对阳光电源的组串式逆变器及PowerTitan储能系统具有重要参考价值。随着光伏与储能电站容量的不断增大，电网侧故障电流限制需求日益迫切。该非超导桥式限流器结构可作为提升逆变器及PCS在弱电网环境下故障穿越（LVRT/HVRT）能力的辅助手段，降低对功率器件短路耐受能力的极端要求。建议研发团队...
不对称短路故障下三相三桥臂逆变器的短路电流特性分析及改进限流策略
Short Circuit Current Characteristics Analysis and Improved Current Limiting Strategy for Three-phase Three-leg Inverter under Asymmetric Short Circuit Fault
作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 日期未知
本文针对三相三桥臂逆变器在不对称短路故障下的运行特性进行研究。在故障发生时，逆变器通常由电压控制模式切换至电流控制模式以限制故障电流，此时逆变器等效为对称正序电流源。然而，在不对称故障下，电压限制可能导致电流控制失效。本文分析了该工况下的短路电流特性，并提出了一种改进的限流策略，以提升系统在故障期间的稳定性和可靠性。
解读: 该研究直接关联阳光电源的核心产品线——组串式及集中式光伏逆变器。在电网发生不对称故障时，逆变器需具备优异的低电压穿越（LVRT）及故障电流支撑能力。本文提出的改进限流策略，能够有效解决传统控制在不对称故障下电流失控的问题，对于提升阳光电源逆变器在复杂电网环境下的电网适应性具有重要参考价值。建议研发团...
提升构网型变流器故障电流输出能力的主动热控制技术
Active Thermal Control for Enhancing Fault Current Output Capability of Grid-Forming Converters
Zhenyan Deng · Siyu Cao · Ke Ma · Han Wang 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年9月
构网型（GFM）控制是高比例电力电子电力系统的关键技术。然而，受限于功率器件的热应力，故障期间的过电流能力受到制约，导致电压支撑能力不足。本文提出一种主动热控制策略，通过优化热管理提升GFM变流器在电网故障下的电流输出能力，从而改善系统电压支撑性能。
解读: 该技术对阳光电源的PowerTitan液冷储能系统及组串式构网型逆变器具有重要价值。在电网故障期间，GFM变流器往往因器件过热而被迫限流，影响电网电压支撑。通过引入主动热控制算法，可以在不增加硬件成本的前提下，挖掘功率模块的瞬时过载潜力，提升产品在弱电网或故障工况下的LVRT性能。建议研发团队将其集...
采用首个闭锁方法的MMC故障电流行为
Fault Current Behavior of MMC With the First Blocking Method
Xu Jiang · Mark M. Bakran · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年12月
本文研究了全桥模块化多电平变换器（MMC）及混合MMC在故障下的电流行为，重点考虑了子模块中两个半桥非同步闭锁的情况。为保护全桥子模块中的IGBT，提出了一种两端不同时闭锁的保护策略，旨在优化故障期间的电流控制与器件保护。
解读: 该研究针对MMC拓扑的故障保护机制，对阳光电源的集中式逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）具有重要参考价值。随着光伏与储能系统向更高电压等级和更复杂的拓扑演进，MMC技术在大型电网侧储能和高压直流输电领域应用潜力巨大。通过优化IGBT的闭锁时序，可有效提升系统在故障工况下的可靠性，降低...
一种二次有源限流直流故障限流器拓扑研究
Research on a Secondary Active Limiting DC Fault Current Limiter Topology
Hechong Chen · Jiaxin Yuan · Shunkai Xu · Chunhang Zou 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年12月
平波电抗器限流能力有限，而传统饱和铁芯型故障限流器（TFCL）虽性能较好，但会导致直流断路器（DCCB）承受高过电压与能量吸收压力，并延长电流下降时间。当DCCB在永久性故障下重合闸时，直流系统会遭受二次冲击。本文提出一种二次有源限流直流故障限流器拓扑，旨在解决上述问题，提升直流系统的故障保护能力。
解读: 该技术对阳光电源的PowerTitan及PowerStack等大型储能系统具有重要参考价值。直流侧故障保护是高压大容量储能系统的核心难题，传统TFCL方案带来的过电压和重合闸二次冲击问题，直接影响系统可靠性与断路器寿命。该二次有源限流拓扑可优化直流侧保护策略，降低对DCCB的性能要求，提升系统在复杂...
直流牵引系统中空气断路器用超快混合电磁执行器
Ultrafast Hybrid Electromagnetic Actuator for Air Circuit Breaker in DC Traction System
Jinghan Fan · Weijie Wen · Qingyao Sun · Bin Li · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年3月
本文针对直流牵引系统中空气断路器（ACB）过流脱扣装置（OCTD）在远端或高阻故障下响应缓慢的问题，提出了一种结合汤姆逊线圈执行器（TCA）的混合电磁执行方案，旨在实现故障电流的超快速切断，提升电力系统的保护性能与安全性。
解读: 该研究关注高压直流环境下的快速断路技术，对阳光电源的电力电子保护策略具有参考价值。虽然主要针对直流牵引系统，但其超快电磁执行原理可为PowerTitan等大型储能系统的直流侧保护提供技术借鉴，特别是在应对极端故障电流切断、提升储能系统直流侧安全性方面。建议研发团队关注该执行器的响应速度与可靠性，探索...
基于Z源断路器的直流系统保护分析与设计
Analysis and Design of DC System Protection Using Z-Source Circuit Breaker
Arthur H. Chang · Brian R. Sennett · Al-Thaddeus Avestruz · Steven B. Leeb 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年2月
本文提出了一种改进的Z源断路器拓扑，在保持公共接地路径的同时，有效抑制了源端反射故障电流。相比传统Z源断路器，该拓扑不仅能应对瞬态大故障，还具备稳态过载保护能力，并可针对故障电流上升率进行优化设计。
解读: 该技术对阳光电源的储能系统（如PowerTitan、PowerStack）及直流侧保护具有重要参考价值。随着储能系统电压等级不断提升，直流侧短路保护是提升系统安全性的核心挑战。该改进型Z源断路器拓扑能够有效抑制故障电流，减少对PCS功率模块的冲击，提升系统可靠性。建议研发团队评估该拓扑在储能变流器直...
500 kV/25 kA直流断路器关断过程中杂散电感引起的过电压估计
Overvoltage Estimation by Stray Inductances During Turn-off of a 500 kV/25 kA DC Circuit Breaker
Zhonghao Dongye · Lei Qi · Kexin Liu · Xiaoguang Wei 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年7月
本文研究了直流断路器（DCCB）关断过程中的瞬态特性。研究发现，缓冲电路电感以及金属氧化物避雷器（MOV）的内外杂散电感会导致DCCB两端产生显著过电压，该电压可能超过器件额定值。文章提出了相应的过电压估计方法，对高压直流输电及大功率电力电子设备的保护设计具有重要参考价值。
解读: 该研究关注高压直流系统中的杂散电感与过电压保护，对阳光电源的PowerTitan等大型储能系统及高压直流侧设计具有借鉴意义。虽然阳光电源目前产品多为中低压侧，但随着储能系统向更高电压等级（如1500V及以上）发展，功率模块内部及系统级布线的杂散电感控制成为提升系统可靠性的关键。建议研发团队在设计大功...
一种用于高压直流输电系统的新型快速储能故障限流器拓扑
A Novel Fast Energy Storage Fault Current Limiter Topology for High-Voltage Direct Current Transmission System
Hechong Chen · Jiaxin Yuan · Hang Zhou · Shunkai Xu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年5月
传统饱和铁芯型故障限流器（TFCL）在直流断路器中会导致巨大的能量吸收和过电压，而能量吸收型限流器（AFCL）存在故障电流承受时间长、能量吸收缓慢的问题。本文提出了一种新型快速储能直流故障限流器（EFCL）拓扑，旨在解决上述技术瓶颈，提升直流系统的故障响应速度与安全性。
解读: 该研究针对高压直流（HVDC）输电系统的故障限流技术，虽然阳光电源目前核心业务聚焦于光伏逆变器和中低压储能系统（如PowerTitan、PowerStack），但随着电网侧储能规模的扩大及直流微电网应用的增加，直流侧故障保护技术的重要性日益凸显。该拓扑中涉及的快速能量吸收与限流策略，可为阳光电源未来...
一种基于集成换流能力复合电力电子开关的新型大功率混合式直流断路器
A Novel High-Power Hybrid DC Breaker Based on Compound Power Electronic Switch With Integrated Commutation Ability
Xiangyu Zhang · Xin Yan · Lu Qu · Zhanqing Yu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年3月
针对中压直流系统故障电流上升快、峰值高的特点，本文提出了一种新型大功率混合式直流断路器。该断路器利用复合电力电子开关集成换流能力，能有效提升直流系统的故障切断能力，满足高压直流电网对快速保护的需求。
解读: 该技术对阳光电源的PowerTitan系列大型储能系统及中压直流并网方案具有重要参考价值。随着储能系统向高压化、大容量化发展，直流侧短路故障保护成为提升系统安全性的关键。该新型混合式直流断路器方案能够优化直流保护策略，提升系统在极端故障下的可靠性。建议研发团队关注该拓扑在储能PCS直流侧保护中的应用...
一种用于低压直流应用的新型电弧增强轻量化机械开关的超快速混合断路器开发
Development of an Ultrafast Hybrid Circuit Breaker With a Novel Arc-Enhanced Lightweight Mechanical Switch for Low-Voltage DC Applications
Tianpei Shan · Yifei Wu · Yi Wu · Heming Zhu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
混合直流断路器（HCB）对于直流电网故障清除至关重要。针对低压直流系统中故障电流上升快、现有方案难以兼顾速度与体积的问题，本文提出了一种新型电弧增强轻量化机械开关，旨在优化混合断路器的结构设计与换流性能，提升故障切断效率。
解读: 该技术对阳光电源的储能系统（如PowerTitan、PowerStack）及电动汽车充电桩业务具有重要参考价值。随着直流微电网和高压储能系统的普及，直流侧故障保护是提升系统安全性的核心。该研究提出的轻量化、超快速机械开关方案，有助于优化阳光电源储能变流器（PCS）内部直流侧保护电路的体积与响应速度，...
基于新型启动值缩放系数的交流微电网最优过电流保护协调
Optimal Over-Current Protection Coordination in AC Microgrid via Novel Pickup Scaling Coefficient
Atul Kumar Soni · Abheejeet Mohapatra · Sri Niwas Singh · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年5月
交流微电网中分布式电源的多样性导致运行模式和网络拓扑动态变化，显著影响故障电流水平，易引发方向性过电流继电器（DOCR）的保护失配。本文提出一种基于新型启动值缩放系数的自适应保护策略，利用本地电压与电流测量值实时调整继电器设定值。该方法首次实现仅通过一组最优DOCR设定，在并网、孤岛、线路或DG退出及不同出力等多种工况下均保持一致的动作时间和协调时间间隔（CTI）。在含同步机与逆变型DG的改进IEEE 13节点系统上的仿真表明，所提方法对高阻抗故障具有更高灵敏度、选择性与可靠性，并经TI DSP...
解读: 该自适应过电流保护协调技术对阳光电源微电网储能系统具有重要应用价值。针对PowerTitan储能系统及ST系列储能变流器在微电网场景中面临的并离网切换、DG出力波动导致的故障电流水平剧变问题，所提启动值缩放系数方法可实时调整保护定值，确保多工况下保护协调性。该技术可集成至阳光iSolarCloud平...