储能逆变器并网次同步谐振机理分析与抑制方法

于鸿儒; 苏建徽; 郑林; 张涛; 张迪; 施永

doi:10.7500/AEPS20200317002

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储能逆变器并网次同步谐振机理分析与抑制方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 储能逆变器并网次同步谐振机理分析与抑制方法
- Mechanism Analysis and Suppression Method of Sub-synchronous Resonance for Energy Storage Inverter Connecting to Power Grid
- 电力系统自动化-方正平台 2020年44卷第23期页码：99-108
- 作者机构：
  
  1.光伏系统教育部工程研究中心（合肥工业大学），安徽省合肥市 230009
  2.先进输电技术国家重点实验室（全球能源互联网研究院有限公司），北京市 102209
- 作者简介：
  
  于鸿儒(1995—)，男，通信作者，博士研究生，主要研究方向：新能源利用与分布式发电技术。E-mail：hr_y_0514@163.com
  苏建徽(1963—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源利用与分布式发电技术、电力变换控制技术、直流输电技术。
  郑林(1982—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：直流输电控制保护技术。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51907045);安徽省自然科学基金资助项目(1908085QE238)
- DOI：10.7500/AEPS20200317002
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-03-17，
  
  修回日期：2020-07-27，
  
  网络出版日期：2020-09-28，
  
  纸质出版日期：2020-12-10
- 稿件说明：
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于鸿儒,苏建徽,郑林等.储能逆变器并网次同步谐振机理分析与抑制方法[J].电力系统自动化,2020,44(23):99-108.

YU Hongru,SU Jianhui,ZHENG Lin,et al.Mechanism Analysis and Suppression Method of Sub-synchronous Resonance for Energy Storage Inverter Connecting to Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(23):99-108.
于鸿儒,苏建徽,郑林等.储能逆变器并网次同步谐振机理分析与抑制方法[J].电力系统自动化,2020,44(23):99-108. DOI： 10.7500/AEPS20200317002.

YU Hongru,SU Jianhui,ZHENG Lin,et al.Mechanism Analysis and Suppression Method of Sub-synchronous Resonance for Energy Storage Inverter Connecting to Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(23):99-108. DOI： 10.7500/AEPS20200317002.

摘要

主感性网络下逆变器并网极易出现振荡问题。文中首先推导出了计及跨时间尺度交互作用的改进电磁模型，揭示了输出阻抗与线路阻抗的相互作用导致系统的功率环特性发生改变，甚至引发次同步谐振。基于此，提出了输出功率比例微分反馈策略，比例反馈利用系统高频衰减特性降低谐振增益，微分反馈削减谐振峰值，增益补偿用以维持系统带宽，并给出了各反馈系数的具体设计方法。输出功率比例微分反馈策略可在保持系统低频特性的同时，有效抑制次同步谐振，提高系统稳定性。最后，通过实验验证了改进电磁模型的正确性和输出功率比例微分反馈策略的有效性。

Abstract

The inverter connecting to a power gird in a mainly inductive network is prone to oscillation problems. This paper derives an improved electromagnetic model considering the cross-time-scale interaction. It is revealed that the interaction between the output impedance and the line impedance leads to the change of the power loop characteristics of the system

and even leads to sub-synchronous resonance (SSR). Based on this

a proportional differential feedback strategy of output power is proposed. The proportional feedback uses the high-frequency attenuation characteristics of the system to reduce the resonance gain. The differential feedback reduces the resonance peak. And the gain compensation is used to maintain the system bandwidth. The specific design methods of each feedback coefficient are given. The proportional and differential feedback strategy of output power can effectively suppress SSR while maintaining the low-frequency characteristics of the system

and improves the system stability. Finally

the correctness of the improved electromagnetic model and the effectiveness of the proportional and differential feedback strategy of output power are verified by experiments.

关键词

Keywords

references

International Renewable Energy Agency . Rethinking energy 2017： accelerating the global energy-transformation ［EB/OL］. （ 2017-10-27 ）［ 2020-01-10 ］. https：//www.irena.org/publications/2017/Jan/REthinking-Energy-2017-Accelerating-the-global-energy-transformation https://www.irena.org/publications/2017/Jan/REthinking-Energy-2017-Accelerating-the-global-energy-transformation .

李明节，于钊，许涛，等 . 新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其对策研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1035 - 1042 .

LI Mingjie ， YU Zhao ， XU Tao ， et al . Study of complex oscillation caused by renewable energy integration and its solution ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1035 - 1042 .

谢小荣，刘华坤，贺静波，等 . 电力系统新型振荡问题浅析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2821 - 2828 .

XIE Xiaorong ， LIU Huakun ， HE Jingbo ， et al . On new oscillation issues of power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2821 - 2828 .

张学广，付志超，陈文佳，等 . 弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 139 - 145 .

ZHANG Xueguang ， FU Zhichao ， CHEN Wenjia ， et al . An improved control method for grid-connected inverters considering impact of phase-locked loop under weak grid condition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 139 - 145 .

TAN Shulong ， GENG Hua ， YANG Geng ， et al . Modeling framework of voltage-source converters based on equivalence with synchronous generator ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 6 ）： 1291 - 1305 .

PAN Donghua ， RUAN Xinbo ， BAO Chenlei ， et al . Optimized controller design for LCL-type grid-connected inverter to achieve high robustness against grid-impedance variation ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2014 ， 62 （ 3 ）： 1537 - 1547 .

HARNEFORS L ， ZHANG L ， BONGIORNO M . Frequency-domain passivity-based current controller design ［J］. IET Power Electronics ， 2008 ， 1 （ 4 ）： 455 .

LENNART H ， ALEJANDRO G Y ， ANA V ， et al . Passivity-based controller design of grid-connected VSCs for prevention of electrical resonance instability ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 2 ）： 702 - 710 .

王晖，李莹，李文锋，等 . 并网逆变器复合电流环引起次/超同步振荡机理研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1061 - 1067 .

WANG Hui ， LI Ying ， LI Wenfeng ， et al . Mechanism research of subsynchronous and supersynchronous oscillations caused by compound current loop of grid-connected inverter ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1061 - 1067 .

赵书强，李忍，高本锋，等 . 光伏并入弱交流电网次同步振荡机理与特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7215 - 7225 .

ZHAO Shuqiang ， LI Ren ， GAO Benfeng ， et al . Analysis of mechanism and characteristics in sub synchronous oscillation between PV and weak AC networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7215 - 7225 .

YANG Dongsheng ， RUAN Xinbo ， HENG Wu . Impedance shaping of the grid-connected inverter with LCL filter to improve its adaptability to the weak grid condition ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 11 ）： 5795 - 5805 .

杜燕，崔林波，杨向真，等 . 并网逆变器的阻抗自适应控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 6 ）： 120 - 127 .

DU Yan ， CUI Linbo ， YANG Xiangzhen ， et al . Adaptive control method of impedance for grid-connected inverters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 120 - 127 .

高英瀚，唐芬，刘京斗，等 . 基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 167 - 179 .

GAO Yinghan ， TANG Fen ， LIU Jingdou ， et al . Improved control of grid-connected converter with LCL filter based on phase compensation and virtual impedance optimization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 167 - 179 .

GUERRERO J M ， MATAS J ， GARCIA DE VICUNA L A ， et al . Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2007 ， 54 （ 2 ）： 994 - 1004 .

ERICKSON M J ， JAHNS T M ， LASSETER R H . Improved power control bandwidth of grid-forming sources in a CERTS microgrid ［C］// IEEE Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE）， September 15 - 20 ， 2012 ， Raleigh， USA： 2366 - 2373 .

ZHANG Lidong ， HARNEFORS L ， NEE H P . Power-synchronization control of grid-connected voltage-source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2010 ， 25 （ 2 ）： 809 - 820 .

WANG Jinhua ， WANG Yuxiang ， GU Yunjie ， et al . Synchronous frequency resonance of virtual synchronous generators and damping control ［C］// 9th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia （ICPE-ECCE Asia）， June 1 - 5 ， 2015 ， Seoul， South Korea： 1011 - 1016 .

HE Jinwei ， LI Yunwei . Analysis， design， and implementation of virtual impedance for power electronics interfaced distributed generation ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2011 ， 47 （ 6 ）： 2525 - 2538 .

HE Jinwei ， LI Yunwei ， BOSNJAK D ， et al . Investigation and active damping of multiple resonances in a parallel-inverter-based microgrid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2013 ， 28 （ 1 ）： 234 - 246 .

BAI Haofeng ， WANG Xiongfei ， LOH P C ， et al . Passivity enhancement of grid-tied converters by series LC-filtered active damper ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2017 ， 64 （ 1 ）： 369 - 379 .

JIA Lei ， RUAN Xinbo ， ZHAO Wenxin ， et al . An adaptive active damper for improving the stability of grid-connected inverters under weak grid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 11 ）： 9561 - 9574 .

MAJUMDER R ， CHAUDHURI B ， GHOSH A ， et al . Improvement of stability and load sharing in an autonomous microgrid using supplementary droop control loop ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2010 ， 25 （ 2 ）： 796 - 808 .

SHINTAI T ， MIURA Y ， ISE T . Oscillation damping of a distributed generator using a virtual synchronous generator ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 2 ）： 668 - 676 .

CHU Sun ， JOOS G ， BOUFFARD F . Identification of low-frequency oscillation mode and improved damping design for virtual synchronous machines in microgrid ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution ， 2019 ， 13 （ 14 ）： 2993 - 3001 .

MOHAMMAD B D ， YAZDANI A . An adaptive feedforward compensation for stability enhancement in droop-controlled inverter-based microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2011 ， 26 （ 3 ）： 1764 - 1773 .

徐海珍，张兴，刘芳，等 . 基于超前滞后环节虚拟惯性的VSG控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 7 ）： 1918 - 1926 .

XU Haizhen ， ZHANG Xing ， LIU Fang ， et al . Virtual synchronous generator control strategy based on lead-lag link virtual inertia ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 7 ）： 1918 - 1926 .

HUANG Linbin ， XIN Huanhai ， ZHEN Wang . Damping low-frequency oscillations through VSC-HVDC stations operated as virtual synchronous machines ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 5803 - 5818 .

肖湘宁，罗超，廖坤玉 . 新能源电力系统次同步振荡问题研究综述［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 6 ）： 85 - 97 .

XIAO Xiangning ， LUO Chao ， LIAO Kunyu . Review of the research on subsynchronous oscillation issues in electric power system with renewable energy sources ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 85 - 97 .

RAMIREZ A ， MEHRIZI-SANI A ， HUSSEIN D ， et al . Application of balanced realizations for model-order reduction of dynamic power system equivalents ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 2304 - 2312 .

ZHENG Yuan ， DU Zhengchun ， LI Chongtao ， et al . Dynamic equivalent model of VSC based on singular perturbation ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution ， 2016 ， 10 （ 14 ）： 3413 - 3422 .

ZHU Z ， GENG G ， JIANG Q . Power system dynamic model reduction based on extended Krylov subspace method ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 6 ）： 4483 - 4494 .

WU Heng ， RUAN Xinbo ， YANG Dongsheng ， et al . Small-signal modeling and parameters design for virtual synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2016 ， 63 （ 7 ）： 4292 - 4303 .

POGAKU N ， PRODANOVIC M ， GREEN T C . Modeling， analysis and testing of autonomous operation of an inverter-based microgrid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2007 ， 22 （ 2 ）： 613 - 625 .

HARNEFORS L . Modeling of three-phase dynamic systems using complex transfer functions and transfer matrices ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2007 ， 54 （ 4 ）： 2239 - 2248 .

于鸿儒，苏建徽，徐华电，等 . 并网逆变器虚拟惯性与阻尼的等效及辨识［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 20 ）： 6034 - 6043 .

YU Hongru ， SU Jianhui ， XU Huadian ， et al . Equivalent and identification of virtual inertia and damping of grid-connected inverter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 20 ）： 6034 - 6043 .

GUO Xiaoqiang ， LU Zhigang ， WANG Baocheng ， et al . Dynamic phasors-based modeling and stability analysis of droop-controlled inverters for microgrid applications ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 6 ）： 2980 - 2987 .

PETR V ， PO-HSU H ， MOHAMED A H ， et al . High-fidelity model order reduction for microgrids stability assessment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 874 - 887 .

何晓群，刘文卿 . 应用回归分析［M］. 4版 . 北京：中国人民大学出版社， 2015 .

HE Xiaoqun ， LIU Wenqing . Applied regression analysis ［M］. 4th ed . Beijing ： China Renmin University Press ， 2015 .

European Committee for Electrotechnical Standardization . Requirements for the connection of micro generators in parallel with public low-voltage distribution networks： EN 50438 ［S］. 2008 .

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