构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析

方正; 黄云辉; 严文博; 王栋; 唐金锐; 周克亮

doi:10.7500/AEPS20240113001

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构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析
- Stability Mechanism Analysis of Power Synchronization Control for Grid-forming Converters
- 电力系统自动化 2024年48卷第19期页码：101-108
- 作者机构：
  
  1.水路交通控制全国重点实验室(武汉理工大学),湖北省武汉市 430070
  2.武汉理工大学自动化学院,湖北省武汉市 430070
- 作者简介：
  
  方正(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源发电并网稳定与控制。E-mail：867163054@qq.com
  黄云辉(1986—)，男，通信作者，博士，副教授,主要研究方向：新能源发电并网稳定与控制。E-mail：h.yunhui@whut.edu.cn
  严文博(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源发电并网稳定与控制。E-mail：574825652@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年基金资助项目(52307217);国家重点研发计划资助项目(2021YFB2601602)
- DOI：10.7500/AEPS20240113001
  中图分类号：
- 收稿：2024-01-13，
  
  修回：2024-05-07，
  
  网络出版：2024-07-03，
  
  纸质出版：2024-10-10
- 稿件说明：
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方正,黄云辉,严文博等.构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析[J].电力系统自动化,2024,48(19):101-108.

FANG Zheng,HUANG Yunhui,YAN Wenbo,et al.Stability Mechanism Analysis of Power Synchronization Control for Grid-forming Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(19):101-108.
方正,黄云辉,严文博等.构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析[J].电力系统自动化,2024,48(19):101-108. DOI： 10.7500/AEPS20240113001.

FANG Zheng,HUANG Yunhui,YAN Wenbo,et al.Stability Mechanism Analysis of Power Synchronization Control for Grid-forming Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(19):101-108. DOI： 10.7500/AEPS20240113001.

摘要

构网型变流器具有“主动构网”能力，可以为电网提供阻尼和频率支撑，但在低阻抗电网下存在稳定性问题。为了研究低阻抗下构网型变流器功率同步控制稳定性机理，首先，建立了体现功率同步动态特性的构网型变流器接入交流电网小信号模型。然后，以功率同步控制为主体，在牛顿动力学体系框架内，建立了构网型变流器接入低阻抗电网的动力学模型，将功率的偏移量分解为同步分量和阻尼分量，用以表征功率同步控制的稳定性。接着，结合模态分析和动力学特性分析，通过研究特征根轨迹和参与因子曲线，以及阻尼分量和同步分量的变化，分析了电网强度和控制参数等对功率同步控制的影响规律，揭示其内在机理。最后，通过构网型变流器接入电网的仿真模型验证了结论的正确性。

Abstract

Grid-forming converters have the ability to actively construct the grid

which can provide damping and frequency support for the power grid

but there are stability issues in low-impedance power grids. In order to study the stability mechanism of power synchronization control for grid-forming converters with low impedance

firstly

a small-signal model of grid-forming converters connected to the AC power grid that reflects the dynamic characteristics of power synchronization is established. Then

within the framework of Newtonian dynamics

a dynamic model of grid-forming converters connected to the low-impedance power grid is established by taking power synchronization control as the main method and the power offset is decomposed into synchronous and damping components to characterize the stability of the power synchronization control. Subsequently

by combining modal analysis and dynamic characteristic analysis

the influence of power grid strength and control parameters on power synchronization control is analyzed by studying the characteristic root trajectory and participation factor curves

as well as the changes in damping and synchronization components

and their underlying mechanisms are revealed. Finally

the conclusion is verified through a simulation model of grid-forming converters connected to the power grid.

关键词

Keywords

references

HUANG Y H ， WANG L Y ， ZHANG S D ， et al . Impacts of phase-locked loop dynamic on the stability of DC-link voltage control in voltage source converter integrated to weak grid ［J］. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems ， 2022 ， 12 （ 1 ）： 48 - 58 .

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 .

王新宝，葛景，韩连山，等 . 构网型储能支撑新型电力系统建设的思考与实践［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 5 ）： 172 - 179 .

WANG Xinbao ， GE Jing ， HAN Lianshan ， et al . Theory and practice of grid-forming BESS supporting the construction of a new type of power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 5 ）： 172 - 179 .

WANG X F ， TAUL M G ， WU H ， et al . Grid-synchronization stability of converter-based resources—an overview ［J］. IEEE Open Journal of Industry Applications ， 2020 ， 1 ： 115 - 134 .

ZHANG Y Y ， HAN M ， ZHAN M . The concept and understanding of synchronous stability in power electronic-based power systems ［J］. Energies ， 2023 ， 16 （ 6 ）： 2923 .

谢震，杨曙昕，代鹏程，等 . 构网型全功率风电机组网侧变流器耦合分析及抑制策略［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 14 ）： 3745 - 3758 .

XIE Zhen ， YANG Shuxin ， DAI Pengcheng ， et al . Grid-side coupling analysis and suppression strategy of grid-forming full-power wind turbines ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 14 ）： 3745 - 3758 .

LIU T ， WANG X F . Physical insight into hybrid-synchronization-controlled grid-forming inverters under large disturbances ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2022 ， 37 （ 10 ）： 11475 - 11480 .

詹长江，吴恒，王雄飞，等 . 构网型变流器稳定性研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2339 - 2359 .

ZHAN Changjiang ， WU Heng ， WANG Xiongfei ， et al . An overview of stability studies of grid-forming voltage source converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2339 - 2359 .

HONG Z K ， XU H S ， HOU Z Q ， et al . Origin of anomalous instability of grid-forming converters tied to stiff grid ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2023 ， 17 （ 10 ）： 2563 - 2574 .

陆秋瑜，郑建平，杨银国，等 . 含构网型MMC的受端电网暂态稳定解析分析方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 4 ）： 69 - 77 .

LU Qiuyu ， ZHENG Jianping ， YANG Yinguo ， et al . Analytical method for transient stability of receiving power system with grid-forming MMC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 69 - 77 .

邱晓燕，林号缙，周毅，等 . 基于混合同步控制的构网型逆变器并网系统小扰动稳定性分析［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 172 - 178 .

QIU Xiaoyan ， LIN Haojin ， ZHOU Yi ， et al . Study on small-signal stability of grid-connected grid-forming inverter system based on hybrid-synchronous control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 172 - 178 .

ZHAO L ， JIN Z M ， WANG X F . Small-signal synchronization stability of grid-forming converters with regulated DC-link dynamics ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2023 ， 70 （ 12 ）： 12399 - 12409 .

刘朋印，谢小荣，李原，等 . 构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 3 ）： 990 - 997 .

LIU Pengyin ， XIE Xiaorong ， LI Yuan ， et al . Mechanism and characteristics of grid-forming control for improving sub/super synchronous oscillation stability of grid-following-based grid-connected converter ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 990 - 997 .

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 .

薛翼程，张哲任，徐政，等 . 构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 16 ）： 103 - 113 .

XUE Yicheng ， ZHANG Zheren ， XU Zheng ， et al . Impact analysis and damping control of grid-forming converter for low-frequency oscillation of AC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 16 ）： 103 - 113 .

洪镇堃，占萌 . 构网型变流器并网系统在强弱电网下的分岔分析［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 27 - 32 .

HONG Zhenkun ， ZHAN Meng . Bifurcation analysis of grid-forming converter system connected with stiff or weak AC grids ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 27 - 32 .

ROSSO R ， ENGELKEN S ， LISERRE M . Robust stability investigation of the interactions among grid-forming and grid-following converters ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 991 - 1003 .

HUANG Y ， WANG D ， SHANG L ， et al . Modeling and stability analysis of DC-link voltage control in multi-VSCs with integrated to weak grid ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1127 - 1138 .

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