Essential Characteristics and Improved Strategy of Voltage Matrix Based Control of Grid-following Converter Without Phase-locked Loop

WU Chao; ZHAO Tong; WANG Jinhao; WANG Yong

doi:10.7500/AEPS20240129008

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Essential Characteristics and Improved Strategy of Voltage Matrix Based Control of Grid-following Converter Without Phase-locked Loop

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Essential Characteristics and Improved Strategy of Voltage Matrix Based Control of Grid-following Converter Without Phase-locked Loop
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 21, Pages: 138-147(2024)
- 作者机构：
  
  上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 200240
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52207063)
- DOI：10.7500/AEPS20240129008
  CLC：
- Received：29 January 2024，
  
  Revised：2024-05-24，
  
  Published Online：01 August 2024，
  
  Published：10 November 2024
- 稿件说明：
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吴超,赵统,王尽颢等.基于电压矩阵的跟网变流器无锁相环控制的本质特征与提升策略[J].电力系统自动化,2024,48(21):138-147.

WU Chao,ZHAO Tong,WANG Jinhao,et al.Essential Characteristics and Improved Strategy of Voltage Matrix Based Control of Grid-following Converter Without Phase-locked Loop[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(21):138-147.
吴超,赵统,王尽颢等.基于电压矩阵的跟网变流器无锁相环控制的本质特征与提升策略[J].电力系统自动化,2024,48(21):138-147. DOI： 10.7500/AEPS20240129008.

WU Chao,ZHAO Tong,WANG Jinhao,et al.Essential Characteristics and Improved Strategy of Voltage Matrix Based Control of Grid-following Converter Without Phase-locked Loop[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(21):138-147. DOI： 10.7500/AEPS20240129008.

摘要

弱电网下跟网变流器由于锁相环引起的负阻特性容易造成振荡现象。针对锁相环的提升策略已有较多研究，其中，基于电压矩阵的同步控制策略因其不存在锁相环受到广泛关注，但关于其稳定性缺乏严格的理论证明。文中分析表明

基于电压矩阵的无锁相环控制策略本质上是基于并网点电压反正切计算的开环定向方式，虽然去除锁相环但不能提高稳定性。因为该策略并没有降低电压扰动给电流控制带来的负阻特性，所以如何降低并网点电压扰动对于电流控制的影响是提升弱电网下跟网变流器稳定性的关键。因此，提出自适应带通滤波器来降低同步环节的带宽，从而提升跟网变流器在弱电网下的稳定性。最后，通过阻抗模型和实验结果验证了理论分析的正确性和所提策略的有效性。

Abstract

The characteristics of negative resistance caused by the phase-locked loop of the grid-following converters are prone to resulting in oscillations in a weak power grid. The improved strategies for the phase-locked loop have been widely studied. In particular

the synchronization control strategy based on the voltage matrix has received much attention due to the lack of phase-locked loops. However

there is no rigorous theoretical proof of its stability. The analysis in this paper indicates that the voltage matrix based control strategy without the phase-locked loop is essentially an open-loop orientation approach based on the arctan calculation of the voltages at the point of common coupling (PCC). This strategy removes the phase-locked loop

but cannot improve stability. Since this strategy does not reduce the negative resistance characteristic brought by voltage perturbation on current control

how to reduce the effect of PCC voltage perturbation on current control is the key to improving the stability of grid-following converter in a weak power grid. Therefore

this paper proposes an adaptive band-pass filter to reduce the bandwidth of the synchronization loop

so as to improve the stability of the grid-following converter in a weak power grid. Finally

the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed strategy are verified by the impedance model and experimental results.

关键词

Keywords

references

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