Review on Research of Transient Synchronization Stability for Grid-connected System Based on Power-synchronization Grid-forming Converter

SUN Pengfei; TIAN Zhen; ZHA Xiaoming; HUANG Meng; WANG Wei; YANG Dongmei; LIU Wenfei

doi:10.7500/AEPS20240509002

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Review on Research of Transient Synchronization Stability for Grid-connected System Based on Power-synchronization Grid-forming Converter

Grid-forming Technology | 更新时间：2025-06-16

- Review on Research of Transient Synchronization Stability for Grid-connected System Based on Power-synchronization Grid-forming Converter
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 2, Pages: 1-19(2025)
- 作者机构：
  
  1.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430072
  2.综合能源电力装备及系统安全湖北省重点实验室，湖北省武汉市 430072
  3.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
  4.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃省兰州市 730071
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2022YFB2402700);State Grid Corporation of China(52272222001J)
- DOI：10.7500/AEPS20240509002
  CLC：
- Received：09 May 2024，
  
  Revised：2024-10-31，
  
  Published Online：21 November 2024，
  
  Published：25 January 2025
- 稿件说明：
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孙鹏飞,田震,查晓明等.功率同步型构网变流器并网系统暂态同步稳定性研究综述[J].电力系统自动化,2025,49(2):1-19.

SUN Pengfei,TIAN Zhen,ZHA Xiaoming,et al.Review on Research of Transient Synchronization Stability for Grid-connected System Based on Power-synchronization Grid-forming Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):1-19.
孙鹏飞,田震,查晓明等.功率同步型构网变流器并网系统暂态同步稳定性研究综述[J].电力系统自动化,2025,49(2):1-19. DOI： 10.7500/AEPS20240509002.

SUN Pengfei,TIAN Zhen,ZHA Xiaoming,et al.Review on Research of Transient Synchronization Stability for Grid-connected System Based on Power-synchronization Grid-forming Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):1-19. DOI： 10.7500/AEPS20240509002.

摘要

高比例可再生能源接入电力系统使系统呈现低惯量、弱支撑特点。功率同步型构网变流器通过模拟同步发电机运行特性，可提供频率和电压主动支撑能力。但不同于同步发电机，变流器中电力电子器件过流和过热耐受能力有限，由限流控制引发的功率同步型构网变流器多控制环交互作用显著，其引发的暂态同步失稳与闩锁问题严重影响了功率同步型构网变流器并网系统的安全稳定运行和主动支撑能力的发挥。而功率同步型构网变流器同步环呈现出的高度非线性特性使其并网系统暂态同步稳定性难以分析与量化，给暂态同步稳定性的优化控制带来了新的挑战。针对功率同步型构网变流器并网系统在不考虑故障限流时的暂态失稳问题，以及考虑故障限流作用下的暂态失稳与闩锁问题，对系统建模、分析与稳定边界量化方法进行了总结与归纳。基于暂态失稳与闩锁问题的分析与归纳结果，对功率同步型构网变流器并网系统的暂态同步稳定控制方法进行了综述。最后，对未来功率同步型构网变流器并网系统的暂态同步稳定分析与控制研究方向进行了展望。

Abstract

The system exhibits the characteristics of low inertia and weak support with high proportion of renewable energy integrated into power systems. The power-synchronization grid-forming converters can effectively provide active frequency and voltage support by emulating the operation characteristics of synchronous generators. However

different from synchronous generators

the power electronics in converters show limited overcurrent and overheat tolerance capability

and the interaction caused by current limiting control among the multiple control loops in power-synchronization grid-forming converters is severe

which will lead to transient synchronization instability and windup problems

and severely restrict the role of safe and stable operation and active support capability of grid-connected systems based on power-synchronization grid-forming converters. Moreover

the characteristics of high nonlinearity in the synchronization loop of power-synchronization grid-forming converters make it hard to analyze and quantify the transient synchronization stability of its grid-connected system

posing new challenges to the optimal control of transient synchronization stability. The system modeling

analysis

and stability boundary quantification methods are summarized and induced for the transient instability problems of the grid-connected system based on power-synchronization grid-forming converters without considering the fault current limiting

as well as the problems of transient instability and windup considering the fault current limiting. Based on the analysis and induction results of transient instability and windup problems

the transient synchronization stability control methods of grid-connected systems based on power-synchronization grid-forming converters are summarized. Finally

the future research directions for transient synchronization stability analysis and control of grid-connected systems based on power-synchronization grid-forming converters are prospected.

关键词

Keywords

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