Optimal Control Strategy for Droop-controlled Inverter Considering Source-side Voltage Drop and Fault Reclosing

PENG Zihao; XIAO Fan; TU Chunming; GUO Qi; XIE Weijie; WANG Qing

doi:10.7500/AEPS20240417008

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Optimal Control Strategy for Droop-controlled Inverter Considering Source-side Voltage Drop and Fault Reclosing

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Control Strategy for Droop-controlled Inverter Considering Source-side Voltage Drop and Fault Reclosing
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 4, Pages: 203-213(2025)
- 作者机构：
  
  1.国家电能变换与控制工程技术研究中心（湖南大学），湖南省长沙市 410082
  2.深圳供电局有限公司，广东省深圳市 518000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077072)
- DOI：10.7500/AEPS20240417008
  CLC：
- Received：17 April 2024，
  
  Revised：2024-09-11，
  
  Published Online：28 October 2024，
  
  Published：25 February 2025
- 稿件说明：
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彭子豪,肖凡,涂春鸣等.考虑源侧电压跌落与故障重合闸的下垂逆变器优化控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(4):203-213.

PENG Zihao,XIAO Fan,TU Chunming,et al.Optimal Control Strategy for Droop-controlled Inverter Considering Source-side Voltage Drop and Fault Reclosing[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(4):203-213.
彭子豪,肖凡,涂春鸣等.考虑源侧电压跌落与故障重合闸的下垂逆变器优化控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(4):203-213. DOI： 10.7500/AEPS20240417008.

PENG Zihao,XIAO Fan,TU Chunming,et al.Optimal Control Strategy for Droop-controlled Inverter Considering Source-side Voltage Drop and Fault Reclosing[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(4):203-213. DOI： 10.7500/AEPS20240417008.

摘要

配电网源侧电压跌落将导致下垂并网逆变器暂态失稳，随之而来的传统无检重合闸又会带来过电流问题，逆变器安全运行面临巨大挑战。文中针对配电网源侧电压跌落时下垂逆变器暂态功角失稳和过电流问题，以及传统无检自动重合闸时产生冲击电流问题，提出一种故障暂态全周期的下垂逆变器优化控制方法。该方法有效提高了逆变器并网运行稳定性，减小重合闸时冲击电流，实现平滑并网。首先，分析了故障期间逆变器暂态特性及重合闸瞬时过电压与高压侧断路器两侧电压幅值、相角和频率偏差之间的规律。其次，在电压跌落阶段，根据下垂逆变器有功功率关于并网点电压输出特性和无功功率对线路电流幅值影响关系，结合实际工况动态调整逆变器功率参考值，控制故障前后暂态功角稳定，限制逆变器输出电流在安全阈值之下；在重合闸过渡阶段，引入频率-相角综合调节机制来减小电压频率差和相角差，相比于现有并网控制机制减少了指令计算环节比例-积分（PI）控制器的数量，极大地缩短了准同期所需时间。最后，结合仿真与实验结果，证明了理论分析与所提方法的正确性。

Abstract

The voltage drop on the source side in the distribution network will lead to the transient instability of droop-controlled grid-connected inverters. Subsequent traditional unchecked reclosing will bring overcurrent problems

posing significant challenges to the safe operation of the inverter. To address the problems of transient power angle instability and overcurrent in the droop-controlled inverters due to the source-side voltage drops in the distribution network

as well as the impulse current generated by traditional unchecked automatic reclosing

this paper proposes an optimal control method for droop-controlled inverters during the full cycle of the fault transient. This method effectively improves the grid-connected operation stability of inverters and reduces the impulse current during reclosing to achieve a smooth grid connection. Firstly

the paper analyzes the transient characteristics of the inverter during the fault

and the relationship between the instantaneous overvoltage of the reclosing and the voltage amplitude

phase angle and frequency deviation on both sides of the high-voltage-side circuit breaker. Secondly

during the voltage drop phase

the reference value of the inverter power is dynamically adjusted based on the relationship between the active power of the droop-controlled inverter and the voltage output characteristics of the point of common coupling

as well as the influence of reactive power on the line current amplitude. This adjustment is made according to the actual working conditions

and the transient power angle stability before and after the fault is controlled to limit the output current of the inverter below the safety threshold. During the reclosing transition phase

the comprehensive adjustment mechanism of the frequency-phase angle is introduced to reduce the voltage frequency and phase angle difference. This mechanism reduces the number of proportional-integral controllers in the command calculation link and greatly shortens the time required for quasi-synchronization compared to the existing grid-connected control mechanism. Finally

the correctness of the theoretical analysis and proposed method is validated by combining simulation and experimental results.

关键词

Keywords

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