Analytical Analysis on Nonlinear Transient Stability of Phase-locked Loop Type Grid-connected Converter in Weak Power Grid

XIONG Jiawang; KONG Li; YE Hua; PEI Wei; HAN Yijiang

doi:10.7500/AEPS20211107004

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Analytical Analysis on Nonlinear Transient Stability of Phase-locked Loop Type Grid-connected Converter in Weak Power Grid

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Analytical Analysis on Nonlinear Transient Stability of Phase-locked Loop Type Grid-connected Converter in Weak Power Grid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 24, Pages: 76-84(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院电工研究所，北京市 100190
  2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京市 100049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52177123);National Key R&D Program of China(2019YFE0125900);the “Transformational Technologies for Clean Energy and Demonstration”, Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA21050100)
- DOI：10.7500/AEPS20211107004
  CLC：
- Received：07 November 2021，
  
  Revised：2022-04-22，
  
  Published：25 December 2022
- 稿件说明：
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熊佳旺,孔力,叶华等.弱电网中锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析[J].电力系统自动化,2022,46(24):76-84.

XIONG Jiawang,KONG Li,YE Hua,et al.Analytical Analysis on Nonlinear Transient Stability of Phase-locked Loop Type Grid-connected Converter in Weak Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):76-84.
熊佳旺,孔力,叶华等.弱电网中锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析[J].电力系统自动化,2022,46(24):76-84. DOI： 10.7500/AEPS20211107004.

XIONG Jiawang,KONG Li,YE Hua,et al.Analytical Analysis on Nonlinear Transient Stability of Phase-locked Loop Type Grid-connected Converter in Weak Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):76-84. DOI： 10.7500/AEPS20211107004.

摘要

电力电子变换器具有惯量小、动态过程快且复杂等特点，这给新型电力系统的暂态分析带来严峻挑战。尤其是在弱电网条件下，锁相环的非线性特性使并网变换器系统稳定分析变得更为复杂。然而，传统的暂态分析方法忽略了关键非线性特性，难以获得简洁实用的稳定判据。针对上述问题，建立了基于并网变换器系统扰动量的二阶非线性动力学模型，引入非线性振动学科的平均法对模型进行求解，获得了低阶近似解析解，进而推导出弱电网环境下并网变换器系统的稳定判据，并根据理论推导分析了模型的非线性项、锁相环控制参数及系统短路比对系统暂态稳定性的影响。最后，通过仿真与实验验证了所提方法的有效性和分析结果的正确性。

Abstract

Power electronic converters have the characteristics of small inertia

and fast and complex dynamic process

which bring severe challenges to the transient analysis of new power systems. Especially in weak grid conditions

the nonlinear characteristics of the phase-locked loop make the stability analysis of the grid-connected converter system more complicated. However

the key nonlinear characteristics are ignored in the traditional transient analysis method

and it is difficult to obtain a simple and practical stability criterion. To solve the above problems

a second-order nonlinear dynamics model based on the disturbance variable of the grid-connected converter system is established. The averaging method of the nonlinear vibration discipline is introduced to solve the model and obtain the low-order approximate analytical solution

and then the stability criterion of the grid-connected converter system in the weak grid environment is derived. Based on the theoretical derivation

the effects of model nonlinear terms

phase-locked loop control parameters and system short-circuit ratio on system transient stability are analyzed. Finally

the validity of the proposed method and the correctness of the analysis results are verified through the simulations and experiments.

关键词

Keywords

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