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不平衡电网条件下的构网型逆变器并网资源：挑战、解决方案与前景
Grid-Forming IBRs Under Unbalanced Grid Conditions: Challenges, Solutions, and Prospects
Xinquan Chen · Siqi Bu · Ilhan Kocar · IEEE Transactions on Sustainable Energy · 2025年6月
基于逆变器的资源（IBRs）在电网中的渗透率持续增长，其在不平衡电网条件下的控制行为可能影响系统稳定性与保护性能。本文评估了主流构网型控制IBRs（GFM-IBRs）在不平衡条件下的运行性能，并提出新的分析框架。通过文献综述与基准系统的电磁暂态（EMT）仿真，研究GFM-IBRs对系统动态特性、保护及故障穿越能力的影响。构建适用于全功率变换器GFM-IBRs的通用FRT控制结构，对比分析序分量分解、正序电流限幅、负序控制及电流协调等现有方法，揭示其优缺点。最后探讨关键挑战，展望未来研究方向。
解读: 该研究对阳光电源构网型储能与光伏产品具有重要应用价值。针对不平衡电网条件下的GFM控制挑战，可直接应用于ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统的控制策略优化。文中提出的序分量分解、正负序电流协调及FRT控制框架，可增强阳光电源GFM产品在电网故障时的穿越能力和保护性能。特别是负序电流抑...
基于有功功率前馈补偿的功率解耦方法在下垂控制变换器中的应用
An Active Power Feedforward Compensation-Based Power Decoupling Method for Droop Control Converters
Pengcheng Wang · Min Chen · Jiahui Wang · Guannan Zhu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年1月
在构网型（GFM）控制中，有功功率和无功功率之间的固有耦合会降低无功功率控制精度、限制功率支撑能力并减缓动态过程。为解决这一问题，本文针对下垂控制变流器提出了一种基于有功功率前馈补偿的功率解耦方法，该方法可消除所有四个象限的功率耦合，尤其适用于运行模式灵活的分布式发电系统。利用小信号模型分析了物理功率耦合行为，确定线路阻抗比（R/X）和功率角是影响耦合特性的关键因素。通过比较耦合系数和变流器输出电压可知，可通过输出电压补偿实现功率解耦，这构成了所提方法的基础。通过精确计算补偿项，可在不影响响应速...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于有功功率前馈补偿的功率解耦方法对我司构网型逆变器产品具有重要的技术价值。当前，随着新能源渗透率提升和弱电网场景增多，构网型（GFM）控制已成为光储系统的核心技术方向，而有功-无功功率耦合问题一直制约着系统的动态响应速度和四象限运行能力。 该技术通过精确计算输出电压...
跟网型与构网型逆变器负序行为的对比分析：建模、控制与保护
Comparative Analysis of Negative Sequence Behavior in Grid-Following and Grid-Forming Inverters: Modeling, Control, and Protection
Xinquan Chen · Ilhan Kocar · Siqi Bu · Evangelos Farantatos 等5人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年4月
构网型（GFM）控制有望提升高比例逆变器并网系统的稳定性，但在电网不平衡条件下，其对负序电流幅值与相位的调节特性不同于跟网型（GFL）控制及同步发电机，可能违背故障穿越要求并导致保护误动。本文基于相量域解析模型，阐明GFL与GFM逆变器在负序系统中的基本特性及影响因素，提出一种简化的GFM逆变器阻抗计算方法，并实现适用于平衡正序控制（BPSC）与正负序控制（PNSC）的FRT控制策略。基于IEEE PSRC D29系统的对比研究表明，GFM BPSC方案下负序阻抗特性主要由内环电压控制参数决定，...
解读: 该研究对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的GFM/GFL控制策略优化具有重要价值。文中提出的简化GFM阻抗计算方法可直接应用于PowerTitan储能系统的电网适应性设计，帮助优化内环电压控制参数以满足不平衡故障穿越要求。BPSC与PNSC控制策略对比为阳光电源构网型产品在弱电网场景下...
通过集成虚拟功率方法增强直驱电压型构网逆变器的大扰动稳定性
Enhancing Large Disturbance Stability of Direct Voltage Grid-Forming Converters through Integration of the Virtual Power Method
Yorgo Laba · Frédéric Colas · Antoine Bruyère · Thibault Prevost 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年5月
构网型控制（GFM）在现代电力系统中对维持电压稳定、提供惯量支撑具有关键作用。由于GFM以电压源模式运行，电流控制面临挑战，尤其在故障后电流限幅可能削弱系统同步能力与稳定裕度。现有基于电流环的构网控制（CCGFM）虽可实现电流限制，但持续的电流控制会降低小信号稳定性。本文提出一种融合虚拟功率方法的新型电压控制型构网（VCGFM）混合架构，在正常运行时保留传统VCGFM优越的小信号稳定性，故障期间引入虚拟功率解耦同步角与电流限幅，提升大扰动下的稳定性。实验验证了该方法的有效性。
解读: 该混合VCGFM架构对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。当前阳光电源构网型产品在电网故障时面临电流限幅与同步稳定的矛盾，该研究提出的虚拟功率解耦方法可直接应用于ST2236UX等高压储能变流器，在正常运行保持优异小信号稳定性的同时，故障期间通过虚拟功率控制...
电网故障下直流链路电压同步型风力发电机组的控制
Control of DC-Link Voltage-Synchronized Wind Turbine Generators Under Grid Faults
Zhenyan Deng · Renxin Yang · Yu Zhang · Chen Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2025年6月
直流母线电压同步型虚拟同步机（GFM）控制因其对直流母线电压的有效控制，在风力发电机组（WTG）中得到了越来越广泛的应用。然而，由于电容惯性较小，同步环的带宽相对较高。当网侧变流器（GSC）采用电压 - 电流级联控制环时，这些控制环之间的耦合会带来不稳定风险。采用单一交流电压环因其简单性和稳定性被认为是一种有前景的替代方案。然而，由于缺乏固有的限流机制，处理暂态过电流具有挑战性。此外，故障期间斩波器会钳位直流母线电压动态，这会导致失步，并可能造成暂态功角不稳定。为解决上述问题，本文提出了一种适用...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项直流母线电压同步型构网控制技术对我们在风电变流器及多能互补系统领域具有重要参考价值。尽管研究聚焦于风电机组，但其核心技术与我们的光伏逆变器、储能变流器在拓扑结构和控制原理上高度相似，特别是在构网型（GFM）控制策略的应用方面。 该技术的核心价值在于解决了构网型控制在电...
我们需要多少台构网型变流器？——从小信号稳定性和电网强度角度的思考
How Many Grid-Forming Converters Do We Need? A Perspective From Small Signal Stability and Power Grid Strength
Huanhai Xin · Chenxi Liu · Xia Chen · Yuxuan Wang 等6人 · IEEE Transactions on Power Systems · 2024年4月
构网型（GFM）控制因其对电网友好的动态特性，特别是交流侧的“电压源特性”，被认为是将大规模电力电子变流器接入现代电网的一种有前景的解决方案。GFM变流器的电压源特性可为电网提供电压支撑，从而增强电网（电压）强度。然而，跟网型（GFL）变流器也可通过合理调节其无功电流来实现交流电压幅值的恒定控制，这使其也可能表现出类似电压源的特性。目前，GFL和GFM变流器的电压源特性之间的本质区别是什么，以及哪种类型的电压源特性能够增强电网强度，仍不明确。本文将证明，就小信号动态特性而言，只有GFM变流器能提...
解读: 该研究为阳光电源构网型产品配置提供重要理论依据。针对ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器，可优化GFM/GFL混合配置策略：在PowerTitan大型储能系统中，无需全部单元采用GFM控制，通过小信号稳定性分析确定最优GFM渗透率，既保证弱电网支撑能力，又降低控制复杂度和成本。研究提出的电网强度量...
基于转矩分量量化的构网型光伏系统同步稳定性分析与增强
Analysis and Enhancement of Synchronization Stability in Grid-forming PV Systems Using Torque Component Quantification
Qiong Chen · Yajie Tang · Diyang Gong · Lei Lin 等6人 · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2025年3月
摘要：随着分布式光伏的快速部署，电力系统的稳定性问题备受关注。作为一种解决方案，具备主动调节电压和频率功能的并网电压源控制（GFM）应运而生。在众多GFM方案中，直流母线电压同步控制因能够稳定光伏系统的直流母线电压，并利用其直流母线电容储存的能量模拟惯性支撑，而备受瞩目。然而，采用直流母线电压同步控制的光伏系统（PV - DVSC）在某些运行条件下可能会引发低频振荡（LFO）。为降低此类风险，本文利用转矩分量量化方法，研究低频振荡的机理及相应的抑制方法。首先，建立了PV - DVSC的转矩分析模...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇论文所研究的构网型光伏系统同步稳定性技术具有重要的战略价值。随着分布式光伏大规模接入电网，传统跟网型控制已难以满足电网稳定性要求，构网型（GFM）控制作为新一代技术方向，能够主动调节电压和频率，这与我们在光伏逆变器领域的技术升级路径高度契合。 论文聚焦的直流母线电压同...
波浪能转换系统中电池储能系统布置的研究
Investigation on Placement of Battery Energy Storage System in Wave Power Conversion System
Renqi Guo · Yueqi Wu · Xiandong Ma · George Aggidis 等5人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年7月
摘要：波浪能转换（WEC）系统从海浪中获取动能，通过能量提取（PTO）系统将其转换为电能。为了将WEC系统接入交流电网，具备电网形成（GFM）控制功能的电压源换流器（VSC）至关重要，尤其是在未来可再生能源高渗透率的电网中。电池储能系统（BESS）通常与WEC系统耦合以促进其接入电网。BESS可以连接在直流侧或交流侧，这会导致不同的拓扑结构和性能结果。当BESS置于WEC系统的直流侧（WECd）并采用GFM控制时，整个系统能够精确跟踪参考功率并为电网提供支持。然而，如果采用GFM控制的BESS位...
解读: 该研究对阳光电源ST系列储能变流器及PowerTitan储能系统具有重要参考价值。波浪能系统中BESS直流侧布置方案的优势，可直接应用于光储、风储等新能源场景：1）直流母线侧储能配置可提升ST储能变流器的响应速度，优化功率波动抑制能力；2）能量管理灵活性提升对ESS集成方案的拓扑优化具有启发，可改进...
基于内电压矢量的双馈感应风力发电机故障穿越不对称电网形成控制
Grid-Forming Control of DFIG-Based Wind Turbine Generator by Using Internal Voltage Vectors for Asymmetrical Fault Ride-Through
Xinquan Chen · Yuanzhu Chang · Ilhan Kocar · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2024年10月
摘要：构网型（GFM）控制使基于逆变器的电源（IBRs）具备强大的频率和电压支撑能力。这对于基于双馈感应发电机的风力发电机组（基于DFIG的WTG）而言也颇具前景。然而，在发生不对称故障时，采用GFM控制的基于DFIG的WTG（GFM - DFIG）可能会出现转子侧变流器（RSC）过流和过调制的问题。因此，本文从正序、负序和暂态分量的角度出发，基于电网电压形成机制，为GFM - DFIG提出了不对称故障穿越（FRT）控制策略。首先，设计了内部电压矢量用于评估不对称FRT能力。然后，提出了正 - ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇论文提出的基于内部电压矢量的双馈风电机组构网型控制技术具有重要的参考价值和战略意义。虽然研究对象是风电领域的DFIG系统，但其核心的构网型（GFM）控制理念与阳光电源在光伏逆变器和储能系统中推进的技术路线高度契合。 该技术的核心价值在于解决了构网型控制在不对称故障工况...
用于增强频率响应的复合功率-频率同步控制环
Composite Power-Frequency Synchronization Loop for Enhanced Frequency Response Considering Current and Power Limits of Grid-Forming Converters
Tianyi Xu · Shan Jiang · Ye Zhu · Georgios Konstantinou · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
构网型（GFM）控制是一种很有前景的解决方案，可在基于逆变器的电源占比不断增加的低惯量电力系统中提供阻尼和频率支撑服务。本文研究了在频率扰动期间，考虑到变流器及其底层电源的物理限制（即电流和功率额定值）影响的情况下，GFM变流器所能提供的频率响应服务。具体而言，用于保护功率半导体的电流限幅器会限制GFM变流器可实现的输出功率范围，并使其在发生大频率扰动时容易失去与电网的同步。加入功率限幅器可确保在扰动期间不超过电流限制的情况下达到稳定平衡点，但会通过降低有效阻尼系数对频率稳定性产生负面影响。为解...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对构网型（GFM）变流器的复合功率-频率同步环路技术具有重要的战略价值。随着全球新能源渗透率持续提升，电网惯量不足带来的频率稳定性问题日益突出，该技术直接回应了阳光电源在光伏逆变器和储能系统产品线面临的核心挑战。 该研究的核心创新在于解决了传统GFM控制中电流限幅器...