Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics

LI Mingfei; WU Zaijun; QUAN Xiangjun; ZHU Ling; LI Wei; HUANG Renzhi

doi:10.7500/AEPS20221120005

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Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 15, Pages: 198-207(2023)
- 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(51977034)
- DOI：10.7500/AEPS20221120005
  CLC：
- Received：20 November 2022，
  
  Revised：2023-03-28，
  
  Published Online：05 June 2023，
  
  Published：10 August 2023
- 稿件说明：
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李明飞,吴在军,全相军等.计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(15):198-207.

LI Mingfei,WU Zaijun,QUAN Xiangjun,et al.Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(15):198-207.
李明飞,吴在军,全相军等.计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(15):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20221120005.

LI Mingfei,WU Zaijun,QUAN Xiangjun,et al.Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(15):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20221120005.

摘要

构网型并网逆变器(GFM-GCI)可以为电网提供电压和频率支撑，有利于提高电网稳定性。首先，针对GFM-GCI的暂态同步稳定问题，在考虑阻尼特性的基础上采用等面积法则，从能量角度定性分析GFM-GCI控制参数对暂态同步稳定性的影响机理。然后，采用摄动理论中的多尺度法得到功角非线性二阶微分方程的显式解析解，定量分析控制参数对GFM-GCI暂态同步稳定性的影响。接着，基于解析解和暂态同步稳定边界，给出一种面向GFM-GCI暂态同步稳定的控制参数设计方法，所提控制参数设计方法与现有传统暂态分析方法相比，保守性更低。最后，通过仿真和实验验证了理论分析、解析模型与所提控制参数设计方法的有效性。

Abstract

The grid-forming grid-connected inverter (GFM-GCI) can provide the voltage and frequency support for power grids

which is beneficial to grid stability improvement. Firstly

aiming at the transient synchronization stability problem of GFM-GCI

the influence mechanism of GFM-GCI control parameters on the transient synchronization stability is qualitatively analyzed from the perspective of energy by the equal area criterion considering the damping characteristics. Secondly

the explicit analytical solution of the nonlinear second-order differential equation of the power angle is obtained by using the multi-scale method in perturbation theory

and the influence of control parameters on the GFM-GCI transient synchronization stability is quantitatively analyzed. Then

based on the analytical solution and transient synchronization stability boundary

a control parameter design method for GFM-GCI transient synchronization stability is presented. The proposed control parameter design method is less conservative than the existing traditional transient analysis methods. Finally

the validity of the theoretical analysis

the analytical model and the proposed control parameters design method is verified by simulation and experiment.

关键词

Keywords

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