Stability Criterion for Grid-connected Inverter System Based on Gershgorin Principle

XU Yanhui; GAO Tianchu; TENG Xianhao

doi:10.7500/AEPS20210615003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Stability Criterion for Grid-connected Inverter System Based on Gershgorin Principle

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Stability Criterion for Grid-connected Inverter System Based on Gershgorin Principle
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 21, Pages: 89-96(2022)
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学电气与电子工程学院,北京市 102206
  2.国网辽宁省电力有限公司大连供电公司,辽宁省大连市 116000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB2400800)
- DOI：10.7500/AEPS20210615003
  CLC：
- Received：15 June 2021，
  
  Revised：2022-03-24，
  
  Published Online：01 September 2022，
  
  Published：10 November 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
徐衍会,高天初,滕先浩.基于盖尔原理的逆变器并网系统稳定性判据[J].电力系统自动化,2022,46(21):89-96.

XU Yanhui,GAO Tianchu,TENG Xianhao.Stability Criterion for Grid-connected Inverter System Based on Gershgorin Principle[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(21):89-96.
徐衍会,高天初,滕先浩.基于盖尔原理的逆变器并网系统稳定性判据[J].电力系统自动化,2022,46(21):89-96. DOI： 10.7500/AEPS20210615003.

XU Yanhui,GAO Tianchu,TENG Xianhao.Stability Criterion for Grid-connected Inverter System Based on Gershgorin Principle[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(21):89-96. DOI： 10.7500/AEPS20210615003.

摘要

新能源电力系统中的电力电子设备与电网之间参数不匹配引起的次同步振荡问题日益突出。为了防控次同步振荡，迫切需要快速准确地构建控制器参数稳定域，为次同步振荡在线分析和预警提供支撑。文中提出了一种快速低保守性的稳定性判据。首先，在盖尔原理的基础上，利用2个形式不同的系统回率矩阵具有相同特征值的性质来提高对特征值估计的准确性。然后，采用缩小禁区范围并根据概率论原理推导出4个稳定性指标作为判据，降低了稳定性判断的保守性，从而显著提升了稳定性判断的准确度。与广义奈奎斯特稳定性判据相比，所提稳定性判据不需要逐点采样计算特征值，大大提高了计算速度。直驱风电场并网系统仿真算例表明，所提稳定性判据的计算速度快、准确度高。

Abstract

The problem of the sub-synchronous oscillation (SSO) caused by the parameter mismatch between the power electronic equipment and the power grid in renewable energy power systems is becoming more and more prominent. In order to prevent and control SSO

it is urgent to construct the controller parameter stability region quickly and accurately to provide support for online analysis and early warning of SSO. A fast low-conservativeness stability criterion is proposed. Firstly

based on the Gershgorin principle

the accuracy of eigenvalue estimation is improved by making use of the property that the two system return ratio matrices of different forms have the same eigenvalue. Then

by reducing the range of the forbidden region

four stability indices are deduced as the criterion according to the principle of probability

which reduces the conservativeness of the stability judgment and improves the accuracy of the stability judgment significantly. Compared with the generalized Nyquist stability criterion

the proposed stability criterion does not need to calculate eigenvalues by point-by-point sampling

which greatly improves the calculation speed. The simulation example of a grid-connected system of direct-driven wind farm shows that the proposed stability criterion has a fast calculation speed and a high accuracy.

关键词

Keywords

references

王伟胜，张冲，何国庆，等 . 大规模风电场并网系统次同步振荡研究综述［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1050 - 1060 .

WANG Weisheng ， ZHANG Chong ， HE Guoqing ， et al . Overview of research on subsynchronous oscillations in large-scale wind farm integrated system ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1050 - 1060 .

刘家源 . 新能源并网逆变器的阻抗测量方法研究与装备研制［D］. 长沙：湖南大学， 2019 .

LIU Jiayuan . The research of the impedance measurement method of new-energy grid-connected inverter and equipment development ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2019 .

谢小荣，刘华坤，贺静波，等 . 直驱风机风电场与交流电网相互作用引发次同步振荡的机理与特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2366 - 2372 .

XIE Xiaorong ， LIU Huakun ， HE Jingbo ， et al . Mechanism and characteristics of subsynchronous oscillation caused by the interaction between full-converter wind turbines and AC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2366 - 2372 .

BEZA M ， BONGIORNO M . On the risk for subsynchronous control interaction in type 4 based wind farms ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 1410 - 1418 .

段晓宁，李萍，赵峰，等 . 弱电网下基于电容电压全前馈的LCL型并网逆变器稳定性控制［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2140 - 2151 .

DUAN Xiaoning ， LI Ping ， ZHAO Feng ， et al . Stability control of LCL-type grid-connected inverter based on capacitor voltage full feedforward under weak grid condition ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2140 - 2151 .

韦徵，姬秋华，王伟，等 . 适用于电网不对称下的自同步电压源逆变器控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 124 - 131 .

WEI Zheng ， JI Qiuhua ， WANG Wei ， et al . Control strategy of self-synchronous voltage source inverter for asymmetric power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 124 - 131 .

汤建，邹志翔，刘星琪，等 . 基于电力电子变压器的逆变器并网系统建模、稳定性分析及控制［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 11 ）： 4224 - 4233 .

TANG Jian ， ZOU Zhixiang ， LIU Xingqi ， et al . Modeling， stability analysis and control of grid-connected inverter system using power electronics transformer ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 4224 - 4233 .

安军，乔雪婧，王玉鹏 . 考虑锁相环影响的多逆变器并联接入弱电网稳定性分析［J］. 电测与仪表， 2021 ， 58 （ 8 ）： 146 - 153 .

AN Jun ， QIAO Xuejing ， WANG Yupeng . Stability analysis of multi-inverter parallel access to weak power grid considering the influence of phase-locked loop ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2021 ， 58 （ 8 ）： 146 - 153 .

于鸿儒，苏建徽，王一丁，等 . 并网逆变器降阶模型及其构建方法的分析与对比［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 155 - 165 .

YU Hongru ， SU Jianhui ， WANG Yiding ， et al . Analysis and comparison of reduced-order model and modeling method for grid-connected inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 155 - 165 .

李杨，帅智康，方俊彬，等 . 基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

LI Yang ， SHUAI Zhikang ， FANG Junbin ， et al . Stability check method for multi-inverter system based on impedance measurement ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

陈汝斯，林涛，余光正，等 . 基于Gerschgorin定理和矩阵相似变换的谐波谐振参数安全域快速估计方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4610 - 4617 .

CHEN Rusi ， LIN Tao ， YU Guangzheng ， et al . Study on fast estimation method of parameter security region of harmonic resonance based on Gerschgorin theorem and matrix similarity transformation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4610 - 4617 .

LIU F C ， LIU J J ， ZHANG H D ， et al . Modified norm type stability criterion for cascade AC system ［C］// IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 15-19 ， 2013 ， Denver， USA .

刘方诚，刘进军，张昊东，等 . 基于G-范数和sum-范数的三相交流级联系统稳定性判据［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 24 ）： 4092 - 4100 .

LIU Fangcheng ， LIU Jinjun ， ZHANG Haodong ， et al . G-norm and sum-norm based stability criterion for three-phase AC cascade systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 24 ）： 4092 - 4100 .

BURGOS R ， BOROYEVICH D ， WANG F ， et al . AC stability of high power factor multi-pulse rectifiers ［C］// IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 17-22 ， 2011 ， Phoenix， USA .

谢玲玲，何方正，孙昌茂 . 基于盖尔圆定理的三相并网逆变器系统稳定判据及稳定性分析［J］. 电源学报， 2022 ， 20 （ 3 ）： 10 - 20 .

XIE Lingling ， HE Fangzheng ， SUN Changmao . Stability criterion and analysis for three-phase grid-connected inverter system based on Gershgorin circle theorem ［J］. Journal of Power Supply ， 2022 ， 20 （ 3 ）： 10 - 20 .

LIAO Y C ， LIU Z G ， ZHANG G N ， et al . Vehicle-grid system modeling and stability analysis with forbidden region-based criterion ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3499 - 3512 .

REN Y N ， WANG X H ， CHEN L ， et al . A strictly sufficient stability criterion for grid-connected converters based on impedance models and Gershgorin’s theorem ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 1606 - 1609 .

李水天，林涛，盛逸标，等 . 面向次/超同步振荡的控制器参数稳定域构建［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7221 - 7230 .

LI Shuitian ， LIN Tao ， SHENG Yibiao ， et al . Construction of stability region of control parameters against sub/super synchronous oscillation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7221 - 7230 .

BELKHAYAT M . Stability criteria for AC power systems with regulated loads ［D］. West Lafayette， USA ： Purdue University ， 1997 .

陈殿友，术洪亮 . 工程数学线性代数［M］. 北京：高等教育出版社， 2014 ： 124 - 125 .

CHEN Dianyou ， SHU Hongliang . Linearalgebra of engineering mathematics ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 2014 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Grid-connection Stability Domain Analysis for Wind Farms with Hybrid Direct-drive Grid-forming and Grid-following Wind Turbines

Analysis on Power Systems Stability with Time-varying Delay Based on Delay-dependent Matrix Functional

Related Author

Yanhui XU

Tianchu GAO

Xianhao TENG

GOU Shaoyun

GUO Chunyi

Jiaxin WU

Shumin FEI

Wei QIAN

Related Institution

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University

School of Automation, Southeast University

⁰