Adaptive Suppression Control Considering Oscillation Frequency Coupling Characteristics of Grid-connected Power Conversion System

LIU Chongru; ZHANG Naiwen; WANG Jinyuan; SU Chenbo; ZHU Qi; XIONG Mingda

doi:10.7500/AEPS20240806008

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Adaptive Suppression Control Considering Oscillation Frequency Coupling Characteristics of Grid-connected Power Conversion System

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Adaptive Suppression Control Considering Oscillation Frequency Coupling Characteristics of Grid-connected Power Conversion System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 22, Pages: 101-112(2025)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
  2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
  3.南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
  4.国网湖南电动汽车服务有限公司，湖南省长沙市 410082
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U23B20126)
- DOI：10.7500/AEPS20240806008
  CLC：
- Received：06 August 2024，
  
  Revised：2024-12-07，
  
  Online First：23 May 2025，
  
  Published：25 November 2025
- 稿件说明：
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刘崇茹,张乃文,王瑾媛等.考虑储能变流器并网振荡频率耦合特性的自适应抑制控制[J].电力系统自动化,2025,49(22):101-112.

LIU Chongru,ZHANG Naiwen,WANG Jinyuan,et al.Adaptive Suppression Control Considering Oscillation Frequency Coupling Characteristics of Grid-connected Power Conversion System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(22):101-112.
刘崇茹,张乃文,王瑾媛等.考虑储能变流器并网振荡频率耦合特性的自适应抑制控制[J].电力系统自动化,2025,49(22):101-112. DOI： 10.7500/AEPS20240806008.

LIU Chongru,ZHANG Naiwen,WANG Jinyuan,et al.Adaptive Suppression Control Considering Oscillation Frequency Coupling Characteristics of Grid-connected Power Conversion System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(22):101-112. DOI： 10.7500/AEPS20240806008.

摘要

针对大规模储能变流器（PCS)并网引发的宽频振荡问题，现有振荡抑制策略未能有效抑制由频率耦合效应造成的多频段谐振。在考虑由锁相环等非线性环节引发的振荡频率耦合特性的基础上，文中提出了一种改进的自适应有源阻尼谐振抑制方法。首先，基于实际电网的复杂拓扑结构，建立PCS并网系统模型，并根据Nyquist稳定判据揭示了互联系统的振荡风险区域。然后，在设计级联陷波器环节时进一步考虑锁相环控制引发的频率耦合效应，并通过实时量测PCS与电网之间的电流、电压信息设置并修正陷波器参数，使得PCS在全频段尽可能提供正阻尼，即相角位于±90°之间，从而适应电网复杂多变的运行方式，实现PCS并网系统的振荡自适应抑制。与现有方法相比，所提方法降低了谐振频率转移的风险。最后，通过PSCAD/EMTDC仿真以及实机实验验证了所提控制方法具有更好的动态性能及谐波抑制效果。

Abstract

Aiming at the wide-band oscillation issues caused by the large-scale grid-connected power conversion system (PCS)

the existing oscillation suppression strategies have failed to effectively suppress the multi-band resonances caused by the frequency coupling effects. Considering oscillation frequency coupling characteristics induced by nonlinear links such as the phase-locked loop (PLL)

this paper proposes an improved adaptive active damping resonance suppression method. First

based on the complex topology of actual power grids

a PCS grid-connected system model is established

and the oscillation risk areas of the interconnected system are identified according to the Nyquist stability criterion. Then

during the design of the cascaded trap stage

the frequency coupling effect caused by PLL control is further considered. By real-time measurement of current and voltage information between the PCS and the power grid

the trap parameters are set and adjusted

enabling the PCS to provide positive damping across the entire frequency band

i.e.

with the phase angle within ±90°

thus adapting to the complex and variable operation conditions of the power grid and achieving adaptive oscillation suppression in the PCS grid-connected system. Compared to the existing methods

the proposed method reduces the risk of resonance frequency shift. Finally

simulations using PSCAD/EMTDC and practical experiments validate that the proposed control method offers better dynamic performance and harmonic suppression effect.

关键词

Keywords

references

康重庆，姚良忠 . 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2 - 11 .

KANG Chongqing ， YAO Liangzhong . Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2 - 11 .

马宁宁，谢小荣，贺静波，等 . 高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

MA Ningning ， XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， et al . Review of wide-band oscillation in renewable and power electronics highly integrated power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

吴琛，刘晨曦，黄伟，等 . 提升新能源电力系统稳定性的构网型变流器选址定容方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 130 - 136 .

WU Chen ， LIU Chenxi ， HUANG Wei ， et al . Siting and sizing method of grid-forming converters for improving stability of power system with renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 130 - 136 .

李建林，王剑波，葛乐，等 . 电化学储能电站群在特高压交直流混联受端电网应用技术研究综述［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 1 ）： 51 - 61 .

LI Jianlin ， WANG Jianbo ， GE Le ， et al . Review on application technology of electrochemical energy storage power station group in ultra high voltage AC/DC hybrid receiver power grid ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 1 ）： 51 - 61 .

MA J ， SHEN Y Q ， PHADKE A G . DFIG active damping control strategy based on remodeling of multiple energy branches ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 4 ）： 4169 - 4186 .

张春雪，黎灿兵，冯伟，等 . 孤立运行光/储微电网中储能变流器暂态功率波动协调抑制策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 8 ）： 2302 - 2314 .

ZHANG Chunxue ， LI Canbing ， FENG Wei ， et al . A coordinated transient power fluctuation suppression strategy for power conversion system in islanded PV/storage microgrid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 8 ）： 2302 - 2314 .

SAMPATH J ， MOIN H . An LCL-filter design with optimum total inductance and capacitance ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 8 ）： 6687 - 6698 .

李熬波 . LLCL型并网逆变器稳定性分析与阻抗重塑方法研究［D］. 长沙：湖南大学， 2021 .

LI Aobo . Study on stability analysis and impedance remodeling method of LLCL grid-connected inverter ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2021 .

许德志，汪飞，阮毅，等 . 并网接口滤波器拓扑结构推演与分析［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （ 4 ）： 15 - 25 .

XU Dezhi ， WANG Fei ， RUAN Yi ， et al . Topology deduction and analysis of grid-interfacing filters ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 15 - 25 .

杜夏冰，赵成勇，吴方劼，等 . LCC-HVDC系统混合型有源滤波器谐振抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 4 ）： 115 - 122 .

DU Xiabing ， ZHAO Chengyong ， WU Fangjie ， et al . Resonance suppression strategy of hybrid active power filter in LCC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 115 - 122 .

闫明文，胡恒，商铁滨 . 基于滑模变结构控制的有源电力滤波系统研究［J］. 齐齐哈尔大学学报（自然科学版）， 2020 ， 36 （ 2 ）： 9 - 16 .

YAN Mingwen ， HU Heng ， SHANG Tiebin . Shunt active power filter control system design based on the sliding mode control ［J］. Journal of Qiqihar University （Natural Science Edition）， 2020 ， 36 （ 2 ）： 9 - 16 .

侯睿，武健，徐殿国 . 有源滤波器LCL并联虚拟阻尼控制策略及离散域稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 4 ）： 116 - 122 .

HOU Rui ， WU Jian ， XU Dianguo . LCL shunt virtual damping control strategy in active power filter and stability in discrete domain ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 4 ）： 116 - 122 .

张超凡，高亚栋 . 基于准PR+改进重复控制的具有滤波功能的光伏逆变器［J］. 上海电力大学学报， 2023 ， 39 （ 4 ）： 317 - 324 .

ZHANG Chaofan ， GAO Yadong . Photovoltaic inverter with filtering function based on quasi PR+improved repetitive control ［J］. Journal of Shanghai University of Electric Power ， 2023 ， 39 （ 4 ）： 317 - 324 .

BOSCH S ， STAIGER J ， STEINHART H . Predictive current control for an active power filter with LCL-filter ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2017 ， 65 （ 6 ）： 4943 - 4952 .

ZOU C Y ， RAO H ， XU S K ， et al . Analysis of resonance between a VSC-HVDC converter and the AC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 12 ）： 10157 - 10168 .

相莹萍，韩肖清，王磊，等 . 计及输电线路分布电容的并网换流器谐振特性及抑制策略［J］. 电力系统及其自动化学报， 2019 ， 31 （ 4 ）： 48 - 55 .

XIANG Yingping ， HAN Xiaoqing ， WANG Lei ， et al . Resonance characteristics and damping strategy for grid-connected converter with distributed capacitance of transmission line ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2019 ， 31 （ 4 ）： 48 - 55 .

万勋，李云丰，彭敏放 . 直流输电系统虚拟并联电阻阻尼控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 12 ）： 3471 - 3480 .

WAN Xun ， LI Yunfeng ， PENG Minfang . Virtual parallel resistor damping control of VSC based HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 12 ）： 3471 - 3480 .

季宇，王东旭，吴红斌，等 . 提高直流微电网稳定性的有源阻尼方法［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 2 ）： 370 - 379 .

JI Yu ， WANG Dongxu ， WU Hongbin ， et al . The active damping method for improving the stability of DC microgrid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 370 - 379 .

聂永辉，张瑞东，周勤勇，等 . 海上风电场经柔直送出系统的虚拟导纳中频振荡抑制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 9 ）： 36 - 45 .

NIE Yonghui ， ZHANG Ruidong ， ZHOU Qinyong ， et al . Virtual admittance control strategy for medium-frequency oscillation in an offshore wind farm when connected to a VSC-HVDC ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 9 ）： 36 - 45 .

ZHOU K ， ZHANG Z L ， WU W H ， et al . Adaptive active damping control method for power conversion system to suppress sub-/ super-synchronous oscillation of PMSG grid-connected system ［C］// IEEE International Conference on Energy Internet （ICEI）， October 20-22 ， 2023 ， Shenyang， China .

高磊，吕敬，马骏超，等 . 基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 8 ）： 2325 - 2341 .

GAO Lei ， LYU Jing ， Ma Junchao ， et al . Instability analysis and stability control of grid-connected inverter based on impedance circuit equivalent ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 8 ）： 2325 - 2341 .

王宇 . 柔性直流接入的电网高频振荡阻尼控制策略及实时仿真研究［D］. 北京：华北电力大学， 2021 .

WANG Yu . Research on damping control strategy and real-time simulation of high-frequency oscillation in power grid with flexible DC access ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2021 .

RAO Y M ， LYU J ， WANG Y F ， et al . Adaptive mitigation control for wideband oscillations of offshore wind farms with MMC-HVDC system ［J/OL］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ［ 2023-09-08 ］. https：//ieeexplore.ieee.org/document/10246145 https://ieeexplore.ieee.org/document/10246145 .

ZHANG S ， JIANG S ， LU X ， et al . Resonance issues and damping techniques for grid-connected inverters with long transmission cable ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 1 ）： 110 - 120 .

ZHANG S ， JIANG S ， LU X ， et al . Auto-tuning based resonance damping of grid-connected voltage source inverters with long transmission cable ［C］// IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 15-19 ， 2013 ， Denver， USA .

苏晨博 . 大规模风电场并网引发系统宽频振荡的机理分析及抑制措施［D］. 北京：华北电力大学， 2022 .

SU Chenbo . Mechanism analysis and suppression measures of broadband oscillation caused by grid connection of large-scale wind farms ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2022 .

RYGG A . Impedance-based methods for small-signal analysis of systems dominated by power electronics ［D］. Trondheim， Norway ： Norwegian University of Science and Technology ， 2018 .

苏晨博，刘崇茹，王瑾媛，等 . 考虑频率耦合特性的D-PMSG复数域阻抗建模及其特征分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 118 - 128 .

SU Chenbo ， LIU Chongru ， WANG Jinyuan ， et al . Impedance modeling of direct-drive permanent magnet synchronous generator in complex field and its feature analysis considering frequency coupling characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 118 - 128 .

王震，程鹏，贾利民 . 基于对称控制的三相并网变流器单输入单输出阻抗建模与分析［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 6 ）： 1777 - 1791 .

WANG Zhen ， CHENG Peng ， JIA Limin . Single-input single-output impedance modeling and analysis of three-phase grid-tied converter based on symmetric control ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 6 ）： 1777 - 1791 .

杨苓，许家浩，陈思哲，等 . 弱电网下三相并网系统自适应频率耦合振荡抑制装置的控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 19 ）： 6995 - 7007 .

YANG Ling ， XU Jiahao ， CHEN Sizhe ， et al . Control strategy study of adaptive frequency coupling oscillation suppression device for three-phase grid-connected system under weak grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 19 ）： 6995 - 7007 .

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