Order-reduced Control Method of Instantaneous Power for Voltage-controlled Grid-connected Inverter

Xiangjun QUAN; Congyue ZHANG; Zaijun WU; Chenghong TANG; Xiaobo DOU; Qinran HU

doi:10.7500/AEPS20200417003

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Order-reduced Control Method of Instantaneous Power for Voltage-controlled Grid-connected Inverter

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Order-reduced Control Method of Instantaneous Power for Voltage-controlled Grid-connected Inverter
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 2, Pages: 139-147(2021)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China;State Grid Corporation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200417003
  CLC：
- Received：17 April 2020，
  
  Revised：2020-08-05，
  
  Published Online：13 October 2020，
  
  Published：25 January 2021
- 稿件说明：
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全相军,张从越,吴在军等.电压控制型并网逆变器瞬时功率降阶控制方法[J].电力系统自动化,2021,45(2):139-147.

QUAN Xiangjun,ZHANG Congyue,WU Zaijun,et al.Order-reduced Control Method of Instantaneous Power for Voltage-controlled Grid-connected Inverter[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(2):139-147.
全相军,张从越,吴在军等.电压控制型并网逆变器瞬时功率降阶控制方法[J].电力系统自动化,2021,45(2):139-147. DOI： 10.7500/AEPS20200417003.

QUAN Xiangjun,ZHANG Congyue,WU Zaijun,et al.Order-reduced Control Method of Instantaneous Power for Voltage-controlled Grid-connected Inverter[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(2):139-147. DOI： 10.7500/AEPS20200417003.

摘要

电压控制型并网逆变器由于其特有的优点，如便于孤岛运行、可脱离锁相环、有利于提高电网稳定性等，受到越来越广泛的关注。针对电压控制型并网逆变器瞬时功率控制需求，文中提出了时间常数与功率幅度可自由调节的有功惯量支持控制与下垂控制。所提算法采用前馈与零极点消除的方式，将原有二阶有功控制系统降阶为一阶系统，从而有效改善了功率控制的动态响应，且由于前馈的引入，有效提高了系统的控制自由度，使得功率调节时间与功率-频率调节幅度可独立设计。实验结果表明所提控制方法可以实现具有良好动态性能的惯量支持及下垂控制。

Abstract

The voltage-controlled grid-connected inverter has received more and more attention due to its unique advantages

such as easy island operation

being able to break away from the phase-locked loop

and helping to improve the stability of power grid. Aiming to meet the demand of instantaneous power control for voltage-controlled grid-connected inverters

this paper proposes the active inertia support control and the droop control

the time constants and amplitudes of which can be independently adjusted. The feedforward control method and zero-pole cancellation technique are used to reduce the original second-order active power control system to a first-order system. Consequently

the dynamic performance of the power control is improved. Moreover

the introduction of the feed-forward method improves the control freedom of the system and makes the power regulation time and adjusted power-frequency amplitude can be independently designed. The experimental results show that the proposed control method can achieve inertia support and droop control with good dynamic performance.

关键词

Keywords

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曾正，赵荣祥，汤胜清，等 . 可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 24 ）： 1 - 12 .

ZENG Zheng ， ZHAO Rongxiang ， TANG Shengqing ， et al . An overview on advanced grid-connected inverters used for decentralized renewable energy resources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 24 ）： 1 - 12 .

BLAABJERG F ， TEODORESCU R ， LISERRE M ， et al . Overview of control and grid synchronization for distributed power generation systems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2006 ， 53 （ 5 ）： 1398 - 1409 .

ZENG Zheng ， YANG Huan ， TANG Shengqing ， et al . Objective-oriented power quality compensation of multifunctional grid-tied inverters and its application in microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1255 - 1265 .

LI Zhengshuo ， GUO Qinglai ， SUN Hongbin ， et al . A distributed transmission-distribution-coupled static voltage stability assessment method considering distributed generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 2621 - 2632 .

沈鑫，曹敏 . 分布式电源并网对于配电网的影响研究［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （增刊1 ）： 346 - 351 .

SHEN Xin ， CAO Min . Research on the influence of distributed power grid for distribution network ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ Supplement 1 ）： 346 - 351 .

伍文华，周乐明，陈燕东，等 . 序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1411 - 1420 .

WU Wenhua ， ZHOU Leming ， CHEN Yandong ， et al . Stability comparison and analysis between the virtual synchronous generator and the traditional grid-connected inverter in the view of sequence impedance ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1411 - 1420 .

伍文华，陈燕东，周乐明，等 . 虚拟同步发电机接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 6 ）： 1560 - 1571 .

WU Wenhua ， CHEN Yandong ， ZHOU Leming ， et al . Sequence impedance modeling and stability analysis for virtual synchronous generator connected to the weak grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 6 ）： 1560 - 1571 .

TRIVEDI A ， SINGH M . L 1 adaptive droop control for AC microgrid with small mesh network ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2018 ， 65 （ 6 ）： 4781 - 4789 .

DENG Y ， TAO Y ， CHEN G ， et al . Enhanced power flow control for grid-connected droop-controlled inverters with improved stability ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2017 ， 64 （ 7 ）： 5919 - 5929 .

GUERRERO J M ， DE VICUNA L G ， MATAS J ， et al . A wireless controller to enhance dynamic performance of parallel inverters in distributed generation systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2004 ， 19 （ 5 ）： 1205 - 1213 .

MOHAMED Y ， EL-SAADANY E F . Adaptive decentralized droop controller to preserve power sharing stability of paralleled inverters in distributed generation microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2008 ， 23 （ 6 ）： 2806 - 2816 .

BECK H P ， HESSE R . Virtual synchronous machine ［C］// 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation （EPQU）， October 9-11 ， 2007 ， Barcelona ， Spain： 6p .

钟庆昌 . 虚拟同步机与自主电力系统［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 336 - 348 .

ZHONG Qingchang . Virtual synchronous machines and autonomous power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 336 - 348 .

XU Haizhen ， YU Changzhou ， LIU Chun ， et al . An improved virtual inertia algorithm of virtual synchronous generator ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 377 - 386 .

黄林彬，辛焕海，黄伟，等 . 含虚拟惯量的电力系统频率响应特性定量分析方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 31 - 38 .

HUANG Linbin ， XIN Huanhai ， HUANG Wei ， et al . Quantified analysis method of frequency response characteristics for power systems with virtual inertia ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 31 - 38 .

吕志鹏，盛万兴，刘海涛，等 . 虚拟同步机技术在电力系统中的应用与挑战［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 349 - 360 .

LÜ Zhipeng ， SHENG Wanxing ， LIU Haitao ， et al . Application and challenge of virtual synchronous machine technology in power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 349 - 360 .

杜威，姜齐荣，陈蛟瑞 . 微电网电源的虚拟惯性频率控制策略［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 23 ）： 26 - 31 .

DU Wei ， JIANG Qirong ， CHEN Jiaorui . Frequency control strategy of distributed generations based on virtual inertia in a microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 23 ）： 26 - 31 .

孟建辉，王毅，石新春，等 . 基于虚拟同步发电机的分布式逆变电源控制策略及参数分析［J］. 电工技术学报， 2014 ， 29 （ 12 ）： 1 - 10 .

MENG Jianhui ， WANG Yi ， SHI Xinchun ， et al . Control strategy and parameter analysis of distributed inverters based on VSG ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2014 ， 29 （ 12 ）： 1 - 10 .

吴恒，阮新波，杨东升，等 . 虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 24 ）： 6508 - 6518 .

WU Heng ， RUAN Xinbo ， YANG Dongsheng ， et al . Modeling of the power loop and parameter design of virtual synchronous generators ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 24 ）： 6508 - 6518 .

WU Heng ， RUAN Xinbo ， YANG Dongsheng ， et al . Small-signal modeling and parameters design for virtual synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2016 ， 63 （ 7 ）： 4292 - 4303 .

盛万兴，吕志鹏，崔健，等 . 虚拟同步机运行区域计算与参数分析［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1557 - 1565 .

SHENG Wanxing ， LÜ Zhipeng ， CUI Jian ， et al . Operation area calculation and parameter analysis of virtual synchronous generator ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1557 - 1565 .

吴鸣，吕志鹏，秦岭，等 . 变电网运行条件下虚拟同步发电机鲁棒控制参数设计［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 10 ）： 3743 - 3751 .

WU Ming ， LÜ Zhipeng ， QIN Ling ， et al . Robust control parameter design for virtual synchronous generator under variable operation conditions of grid ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 10 ）： 3743 - 3751 .

D’ARCO S ， SUUL J A . Equivalence of virtual synchronous machines and frequency-droops for converter-based microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 1 ）： 394 - 395 .

秦晓辉，苏丽宁，迟永宁，等 . 大电网中虚拟同步发电机惯量支撑与一次调频功能定位辨析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 36 - 43 .

QIN Xiaohui ， SU Lining ， CHI Yongning ， et al . Functional orientation discrimination of inertia support and primary frequency regulation of virtual synchronous generator in large power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 36 - 43 .

赵耀，王建，杨晓梅，等 . 有零点二阶系统的动态性能分析［J］. 电气电子教学学报， 2013 ， 35 （ 3 ）： 11 - 14 .

ZHAO Yao ， WANG Jian ， YANG Xiaomei ， et al . Dynamic performance analysis of second-order systems with a zero ［J］. Journal of Electrical & Electronic Education ， 2013 ， 35 （ 3 ）： 11 - 14 .

胡寿松 . 自动控制原理［M］. 5版 . 北京：科学出版社， 2007 .

HU Shousong . Automatic control principle ［M］. 5th ed . Beijing ： Science Press ， 2007 .

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