计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析

李明飞; 吴在军; 全相军; 朱玲; 李威; 黄仁志

doi:10.7500/AEPS20221120005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析
- Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics
- 电力系统自动化 2023年47卷第15期页码：198-207
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
- 作者简介：
  
  李明飞(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：分布式发电与微电网。E-mail：lmf971022@163.com
  吴在军(1975—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：分布式发电与微电网、主动配电网、变电站自动化。E-mail：zjwu@seu.edu.cn
  全相军(1985—)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：电力电子控制、储能变流器、分布式电源控制技术。E-mail：xquan@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51977034);已申请国家发明专利（申请号：202211244135.3）
- DOI：10.7500/AEPS20221120005
  中图分类号：
- 收稿：2022-11-20，
  
  修回：2023-03-28，
  
  网络出版：2023-06-05，
  
  纸质出版：2023-08-10
- 稿件说明：
移动端阅览
李明飞,吴在军,全相军等.计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(15):198-207.

LI Mingfei,WU Zaijun,QUAN Xiangjun,et al.Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(15):198-207.
李明飞,吴在军,全相军等.计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(15):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20221120005.

LI Mingfei,WU Zaijun,QUAN Xiangjun,et al.Transient Synchronization Stability Analysis of Grid-forming Grid-connected Inverter Considering Damping Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(15):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20221120005.

摘要

构网型并网逆变器(GFM-GCI)可以为电网提供电压和频率支撑，有利于提高电网稳定性。首先，针对GFM-GCI的暂态同步稳定问题，在考虑阻尼特性的基础上采用等面积法则，从能量角度定性分析GFM-GCI控制参数对暂态同步稳定性的影响机理。然后，采用摄动理论中的多尺度法得到功角非线性二阶微分方程的显式解析解，定量分析控制参数对GFM-GCI暂态同步稳定性的影响。接着，基于解析解和暂态同步稳定边界，给出一种面向GFM-GCI暂态同步稳定的控制参数设计方法，所提控制参数设计方法与现有传统暂态分析方法相比，保守性更低。最后，通过仿真和实验验证了理论分析、解析模型与所提控制参数设计方法的有效性。

Abstract

The grid-forming grid-connected inverter (GFM-GCI) can provide the voltage and frequency support for power grids

which is beneficial to grid stability improvement. Firstly

aiming at the transient synchronization stability problem of GFM-GCI

the influence mechanism of GFM-GCI control parameters on the transient synchronization stability is qualitatively analyzed from the perspective of energy by the equal area criterion considering the damping characteristics. Secondly

the explicit analytical solution of the nonlinear second-order differential equation of the power angle is obtained by using the multi-scale method in perturbation theory

and the influence of control parameters on the GFM-GCI transient synchronization stability is quantitatively analyzed. Then

based on the analytical solution and transient synchronization stability boundary

a control parameter design method for GFM-GCI transient synchronization stability is presented. The proposed control parameter design method is less conservative than the existing traditional transient analysis methods. Finally

the validity of the theoretical analysis

the analytical model and the proposed control parameters design method is verified by simulation and experiment.

关键词

Keywords

references

沈霞，帅智康，沈超，等 . 大扰动时交流微电网的运行与控制研究综述［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 174 - 188 .

SHEN Xia ， SHUAI Zhikang ， SHEN Chao ， et al . Review on operation and control of AC microgrid under large disturbance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 174 - 188 .

胡宇飞，田震，查晓明，等 . 构网型与跟网型变流器主导孤岛微网阻抗稳定性分析及提升策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 121 - 131 .

HU Yufei ， TIAN Zhen ， ZHA Xiaoming ， et al . Impedance stability analysis and promotion strategy of islanded microgrid dominated by grid-connected and grid-following converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 121 - 131 .

FU X K ， SUN J J ， HUANG M ， et al . Large-signal stability of grid-forming and grid-following controls in voltage source converter： a comparative study ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 7 ）： 7832 - 7840 .

WU H ， WANG X F . Design-oriented transient stability analysis of PLL-synchronized voltage-source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 35 （ 4 ）： 3573 - 3589 .

HE X Q ， GENG H ， LI R Q ， et al . Transient stability analysis and enhancement of renewable energy conversion system during LVRT ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1612 - 1623 .

张宇，张琛，蔡旭，等 . 并网变换器的暂态同步稳定性分析：稳定域估计与镇定控制［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7871 - 7883 .

ZHANG Yu ， ZHANG Chen ， CAI Xu ， et al . Transient grid-synchronization stability analysis of grid-tied voltage source converters： stability region estimation and stabilization control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7871 - 7883 .

徐政 . 海上风电送出主要方案及其关键技术问题［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 21 ）： 1 - 10 .

XU Zheng . Main schemes and key technical problems for grid integration of offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 21 ）： 1 - 10 .

吕志鹏，盛万兴，钟庆昌，等 . 虚拟同步发电机及其在微电网中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2591 - 2603 .

LÜ Zhipeng ， SHENG Wanxing ， ZHONG Qingchang ， et al . Virtual synchronous generator and its applications in micro-grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2591 - 2603 .

曹炜，钦焕乘，陆建忠，等 . 新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

CAO Wei ， QIN Huancheng ， LU Jianzhong ， et al . Orientation and application prospect of virtual synchronous generator in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

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

POURESMAEIL M ， SANGRODY R ， TAHERI S ， et al . An adaptive parameter-based control technique of virtual synchronous generator for smooth transient between islanded and grid-connected mode of operation ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 137322 - 137337 .

胡文强，吴在军，窦晓波，等 . 负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 100 - 107 .

HU Wenqiang ， WU Zaijun ， DOU Xiaobo ， et al . Load virtual synchronous machine and its low voltage ride-through control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 100 - 107 .

QUAN X J ， HUANG A Q ， YU H . A novel order reduced synchronous power control for grid-forming inverters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 12 ）： 10989 - 10995 .

CHEN M ， ZHOU D ， BLAABJERG F . Enhanced transient angle stability control of grid-forming converter based on virtual synchronous generator ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2022 ， 69 （ 9 ）： 9133 - 9144 .

HU W Q ， WU Z J ， LV X X ， et al . Robust secondary frequency control for virtual synchronous machine-based microgrid cluster using equivalent modeling ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 2879 - 2889 .

楼冠男，蒋啸宇，顾伟，等 . 基于参数化恒导纳方法的多逆变器仿真建模与优化［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 1 ）： 162 - 171 .

LOU Guannan ， JIANG Xiaoyu ， GU Wei ， et al . Simulation modeling and optimization of multiple inverters based on parameterized fixed-admittance method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 162 - 171 .

管敏渊 . 虚拟同步机运行状态下并网储能系统自动能量控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 23 ）： 144 - 150 .

GUAN Minyuan . Automatic energy control of grid-connected energy storage system under virtual synchronous generator operation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 23 ）： 144 - 150 .

沈政委，孙华东，仲悟之，等 . 基于关键事件的高比例新能源电力系统故障连锁演化规律分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 57 - 65 .

SHEN Zhengwei ， SUN Huadong ， ZHONG Wuzhi ， et al . Key event based analysis of evolution law of cascading failures in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 57 - 65 .

沈超，帅智康，程慧婕 . 虚拟同步机并联电流控制型变换器系统暂态同步稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 115 - 123 .

SHEN Chao ， SHUAI Zhikang ， CHENG Huijie . Transient synchronization stability analysis of system with paralleled virtual synchronous generators and current-controlled converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 115 - 123 .

PAN D H ， WANG X F ， LIU F C ， et al . Transient stability of voltage-source converters with grid-forming control： a design-oriented study ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2019 ， 8 （ 2 ）： 1019 - 1033 .

XIONG X L ， WU C ， HU B ， et al . Transient damping method for improving the synchronization stability of virtual synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 7 ）： 7820 - 7831 .

WU H ， WANG X F . Design-oriented transient stability analysis of grid-connected converters with power synchronization control ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 8 ）： 6473 - 6482 .

李锡林，唐英杰，田震，等 . 基于改进等面积法则的并网逆变器同步稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 208 - 215 .

LI Xilin ， TANG Yingjie ， TIAN Zhen ， et al . Synchronization stability analysis of grid-connected inverter based on improved equal area criterion ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 208 - 215 .

葛平娟，涂春鸣，肖凡，等 . 面向暂态稳定性能提升的VSG参数灵活控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2109 - 2123 .

GE Pingjuan ， TU Chunming ， XIAO Fan ， et al . Transient stability enhancement of a VSG based on flexible switching of control parameters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2109 - 2123 .

ZHAO J T ， HUANG M ， YAN H ， et al . Nonlinear and transient stability analysis of phase-locked loops in grid-connected converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 1018 - 1029 .

闫寒，黄萌，唐英杰，等 . 电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 78 - 84 .

YAN Han ， HUANG Meng ， TANG Yingjie ， et al . Transient stability analysis of grid-connected converter system considering frequency disturbance of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 78 - 84 .

MOON Y H ， CHOI B K ， ROH T H . Estimating the domain of attraction for power systems via a group of damping-reflected energy functions ［J］. Automatica ， 2000 ， 36 （ 3 ）： 419 - 425 .

SHUAI Z K ， SHEN C ， LIU X ， et al . Transient angle stability of virtual synchronous generators using Lyapunov’s direct method ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 4648 - 4661 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑锁相环动态的VSC暂态过电压解析计算与参数影响分析

基于二阶ETP解析解的空调-建筑电热耦合系统辨识方法

基于改进等面积法则的并网逆变器同步稳定性分析

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计