计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法

占领; 胡彬; 王垚鑫; 年珩

doi:10.7500/AEPS20230717007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法
- Analysis and Enhancement Method for Transient Synchronization Stability of Phase-locked Loop Considering Damping and Angular Velocity
- 电力系统自动化 2024年48卷第13期页码：130-137
- 作者机构：
  
  浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  占领(2000—)，男，博士研究生，主要研究方向：并网逆变器运行与控制技术。E-mail：zhanling@zju.edu.cn
  胡彬(1996—)，男，博士，主要研究方向：新能源并网稳定性分析。E-mail：11810031@zju.edu.cn
  王垚鑫(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：交直流互联系统的稳定性分析与提升。E-mail：3170105495@zju.edu.cn
  年珩(1978—)，男，通信作者，博士，教授，主要研究方向：新能源并网运行与控制技术。E-mail：nianheng@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52325702)
- DOI：10.7500/AEPS20230717007
  中图分类号：
- 收稿：2023-07-17，
  
  修回：2023-11-17，
  
  网络出版：2024-02-07，
  
  纸质出版：2024-07-10
- 稿件说明：
移动端阅览
占领,胡彬,王垚鑫等.计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法[J].电力系统自动化,2024,48(13):130-137.

ZHAN Ling,HU Bin,WANG Yaoxin,et al.Analysis and Enhancement Method for Transient Synchronization Stability of Phase-locked Loop Considering Damping and Angular Velocity[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):130-137.
占领,胡彬,王垚鑫等.计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法[J].电力系统自动化,2024,48(13):130-137. DOI： 10.7500/AEPS20230717007.

ZHAN Ling,HU Bin,WANG Yaoxin,et al.Analysis and Enhancement Method for Transient Synchronization Stability of Phase-locked Loop Considering Damping and Angular Velocity[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):130-137. DOI： 10.7500/AEPS20230717007.

摘要

电力电子装置在电网中渗透率的不断提高导致电网强度和惯量降低，电网故障下暂态同步稳定问题日益突出。针对弱电网故障下并网逆变器的暂态失步问题，建立了计及锁相环阻尼和故障瞬间初始角速度的并网逆变器暂态同步模型，分析了锁相环阻尼和初始角速度变化对暂态同步稳定性的影响规律。提出了基于频率偏差反馈矫正的锁相环附加阻尼控制方法，以提升并网逆变器的暂态同步稳定性。针对不存在稳定平衡点的严重电网故障带来的暂态失步问题，提出了锁相环输出角速度动态补偿方法，实现了故障恢复后系统的稳定运行。最后，搭建硬件在环实验平台，对理论分析和控制方法进行了验证。

Abstract

The increasing penetration of power electronic devices in power grids has led to a decrease in grid strength and inertia

and the transient synchronization stability problem under grid faults is becoming more and more prominent. To address the transient loss problem of grid-connected inverters during weak grid faults

a transient synchronization model for grid-connected inverters is developed considering the phase-locked loop damping and the initial angular velocity at the moment of fault occurrence. The influence law of variations in phase-locked loop damping and initial angular velocity on transient synchronization stability is analyzed. Furthermore

an additional damping control method of phase-locked loop based on the feedback correction of frequency deviation is proposed to enhance the transient synchronization stability of grid-connected inverters. To address the transient loss problem posed by serious grid faults without stable equilibrium points

a dynamic compensation method for output angular velocity of phase-locked loop is proposed to achieve the stable operation of the system after fault recovery. Finally

a hardware-in-the-loop experimental platform is constructed to verify the theoretical analysis and control methods.

关键词

Keywords

references

WANG X F ， BLAABJERG F . Harmonic stability in power electronic-based power systems： concept， modeling， and analysis ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 10 （ 3 ）： 2858 - 2870 .

胡彬，吴超，年珩，等 . 薄弱电网下新能源设备并网锁相同步方式综述［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 26 - 34 .

HU Bin ， WU Chao ， NIAN Heng ， et al . Overview of phase-locked synchronization methods of renewable energy equipment in weak and distorted grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 26 - 34 .

GÖKSU Ö ， TEODORESCU R ， BAK C L ， et al . Instability of wind turbine converters during current injection to low voltage grid faults and PLL frequency based stability solution ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2014 ， 29 （ 4 ）： 1683 - 1691 .

ERLICH I ， SHEWAREGA F ， ENGELHARDT S ， et al . Effect of wind turbine output current during faults on grid voltage and the transient stability of wind parks ［C］// 2009 IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 26-30 ， 2009 ， Calgary， Canada ： 1 - 8 .

赵峰，帅智康，彭也伦，等 . 含电流限幅器的逆变器暂态稳定性评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2245 - 2255 .

ZHAO Feng ， SHUAI Zhikang ， PENG Yelun ， et al . Evaluation method for transient stability of inverter containing current limiter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2245 - 2255 .

DONG D ， WEN B ， BOROYEVICH D ， et al . Analysis of phase-locked loop low-frequency stability in three-phase grid-connected power converters considering impedance interactions ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 1 ）： 310 - 321 .

谢小荣，贺静波，毛航银，等 . “双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， MAO Hangyin ， et al . New issues and classification of power system stability with high shares of renewables and power electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

张宇，蔡旭，张琛，等 . 并网变换器的暂态同步稳定性研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1687 - 1702 .

ZHANG Yu ， CAI Xu ， ZHANG Chen ， et al . Transient synchronization stability analysis of voltage source converters： a review ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1687 - 1702 .

张琛，蔡旭，李征 . 全功率变换风电机组的暂态稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4018 - 4026 .

ZHANG Chen ， CAI Xu ， LI Zheng . Transient stability analysis of wind turbines with full-scale voltage source converter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4018 - 4026 .

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 .

TAUL M G ， WANG X F ， DAVARI P ， et al . Systematic approach for transient stability evaluation of grid-tied converters during power system faults ［C］// 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE）， September 29-October 3 ， 2019 ， Baltimore， USA ： 5191 - 5198 .

TAUL M G ， WANG X F ， DAVARI P ， et al . An efficient reduced-order model for studying synchronization stability of grid-following converters during grid faults ［C］// 2019 20th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics （COMPEL）， June 17-20 ， 2019 ， Toronto， Canada ： 1 - 7 .

HE X Q ， GENG H ， MA S K . Transient stability analysis of grid-tied converters considering PLL’s nonlinearity ［J］. CPSS Transactions on Power Electronics and Applications ， 2019 ， 4 （ 1 ）： 40 - 49 .

ZARIF MANSOUR M ， ME S P ， HADAVI S ， et al . Nonlinear transient stability analysis of phased-locked loop-based grid-following voltage-source converters using Lyapunov’s direct method ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2022 ， 10 （ 3 ）： 2699 - 2709 .

MA S K ， GENG H ， LIU L ， et al . Grid-synchronization stability improvement of large scale wind farm during severe grid fault ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 216 - 226 .

TAUL M G ， WANG X F ， DAVARI P ， et al . Robust fault ride through of converter-based generation during severe faults with phase jumps ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2020 ， 56 （ 1 ）： 570 - 583 .

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 .

WU H ， WANG X F . Transient stability impact of the phase-locked loop on grid-connected voltage source converters ［C］// 2018 International Power Electronics Conference （IPEC-Niigata 2018-ECCE Asia）， May 20-24 ， 2018 ， Niigata， Japan ： 2673 - 2680 .

HU B ， NIAN H ， LI M ， et al . Impedance-based analysis and stability improvement of DFIG system within PLL bandwidth ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2022 ， 69 （ 6 ）： 5803 - 5814 .

NAZIB A A ， HOLMES D G ， MCGRATH B P . Enhanced transient performance of a self-synchronising inverter during start up and severe grid fault conditions ［C］// 2020 IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference （IPEMC2020-ECCE Asia）， November 29-December 2 ， 2020， Nanjing ， China ： 1167 - 1174 .

WU C ， XIONG X L ， TAUL M G ， et al . Enhancing transient stability of PLL-synchronized converters by introducing voltage normalization control ［J］. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems ， 2021 ， 11 （ 1 ）： 69 - 78 .

HE X Q ， GENG H ， LI R Q ， et al . Transient stability analysis and enhancement of renewable energy conversion system during LVRT ［C］// 2020 IEEE Power & Energy Society General Meeting （PESGM）， August 2-6 ， 2020 ， Montreal， Canada .

HU B ， ZHAO C ， SAHOO S ， et al . Synchronization stability enhancement of grid-following converter under inductive power grid ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2023 ， 38 （ 2 ）： 1485 - 1488 .

CHUNG S K . A phase tracking system for three phase utility interface inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2000 ， 15 （ 3 ）： 431 - 438 .

HARNEFORS L ， WANG X F ， YEPES A G ， et al . Passivity-based stability assessment of grid-connected VSCs—an overview ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2016 ， 4 （ 1 ）： 116 - 125 .

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

跟网型直驱风机并网系统暂态同步稳定的支路能量判据

考虑阻尼影响的虚拟同步发电机暂态同步稳定性量化分析

基于改进等面积法则的并网逆变器同步稳定性分析