计及限流切换的构网型变换器并联系统暂态同步稳定分析

吴峰; 鲍颜红; 郑建勇; 徐泰山; 任先成; 张金龙; 杨可昕

doi:10.7500/AEPS20240516004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

计及限流切换的构网型变换器并联系统暂态同步稳定分析

构网型技术 | 更新时间：2025-06-16

- 计及限流切换的构网型变换器并联系统暂态同步稳定分析
- Transient Synchronous Stability Analysis of Parallel System of Grid-forming Converters Considering Current Limiting Switching
- 电力系统自动化 2025年49卷第1期页码：14-26
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市211106
  2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏省南京市 211106
  3.电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室，江苏省南京市 211106
- 作者简介：
  
  吴峰(1986—)，男，通信作者，博士研究生，高级工程师，主要研究方向：新能源并网安全稳定分析与控制技术。E-mail：wufeng@sgepri.sgcc.com.cn
  鲍颜红(1971—)，男，博士，研究员级高级工程师，主要研究方向：新能源并网安全稳定分析与控制技术。E-mail：baoyanhong@sgepri.sgcc.com.cn
  郑建勇(1966—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源发电并网控制技术。E-mail：jy_zheng@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2022YFB2402701)
- DOI：10.7500/AEPS20240516004
  中图分类号：
- 收稿：2024-05-16，
  
  修回：2024-09-30，
  
  网络出版：2024-11-15，
  
  纸质出版：2025-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
吴峰,鲍颜红,郑建勇等.计及限流切换的构网型变换器并联系统暂态同步稳定分析[J].电力系统自动化,2025,49(1):14-26.

WU Feng,BAO Yanhong,ZHENG Jianyong,et al.Transient Synchronous Stability Analysis of Parallel System of Grid-forming Converters Considering Current Limiting Switching[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):14-26.
吴峰,鲍颜红,郑建勇等.计及限流切换的构网型变换器并联系统暂态同步稳定分析[J].电力系统自动化,2025,49(1):14-26. DOI： 10.7500/AEPS20240516004.

WU Feng,BAO Yanhong,ZHENG Jianyong,et al.Transient Synchronous Stability Analysis of Parallel System of Grid-forming Converters Considering Current Limiting Switching[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):14-26. DOI： 10.7500/AEPS20240516004.

摘要

电网短路故障下，并联运行的新能源构网型变换器暂态交互作用显著增强，增加了系统暂态同步失稳风险。文中首先建立了构网型变换器并联系统暂态交互模型。其次，借助传统同步发电机稳定理论，分析了暂态交互能量影响变换器稳定性的作用机理，进一步揭示了交互能量作用下的功角牵引机制将促使多变换器稳定性趋近一致或致使稳定性较差的变换器加速失稳。由此，提出了计及限流切换的构网型变换器并联系统稳定域构建方法，并通过稳定域分析了变换器运行状态及控制参数对系统暂态稳定性的影响规律。最后，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

Abstract

Under short-circuit faults in the power grid

the transient interaction of renewable energy grid-forming converters operating in parallel is significantly enhanced

which increases the risk of transient synchronous instability of the system. First

this paper establishes a transient interaction model for the parallel system of grid-forming converters. Based on the traditional stability theory of synchronous generators

the mechanism of transient interaction energy affecting the stability of converters is analyzed. It is further revealed that the power angle traction mechanism under the effect of the interaction energy will promote the stability of multiple converters to approach consistency or make the converter with poor stability to accelerate the instability. Therefore

this paper proposes a method for constructing the stability region of the parallel system of grid-forming converters considering current limiting switching. The influence of the operating status and control parameters of the converter on the system transient stability is analyzed through the stability region. Finally

the simulation and experimental results verify the correctness of the theoretical analysis.

关键词

Keywords

references

国家能源局发布2023年全国电力工业统计数据［EB/OL］.（ 2024-01-16 ）［ 2024-04-20 ］. https：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm https://www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm .

National Energy Administration releases statistical data on the national power industry for 2023 ［EB/OL］. （ 2024-01-16 ）［ 2024-04-20 ］. https：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm https://www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm .

新型电力系统发展蓝皮书［M］. 北京：中国电力出版社， 2023 .

Blue book of new power system development ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2023 .

孙华东，徐式蕴，许涛，等 . 电力系统安全稳定性的定义与分类探析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7796 - 7809 .

SUN Huadong ， XU Shiyun ， XU Tao ， et al . Research on definition and classification of power system security and stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7796 - 7809 .

熊佳旺，孔力，叶华，等 . 弱电网中锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 76 - 84 .

XIONG Jiawang ， KONG Li ， YE Hua ， et al . Analytical analysis on nonlinear transient stability of phase-locked loop type grid-connected converter in weak power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 76 - 84 .

许诘翊，刘威，刘树，等 . 电力系统变流器构网控制技术的现状与发展趋势［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 9 ）： 3586 - 3595 .

XU Jieyi ， LIU Wei ， LIU Shu ， et al . Current state and development trends of power system converter grid-forming control technology ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 9 ）： 3586 - 3595 .

ROSSO R ， WANG X ， LISERRE M ， et al . Grid-forming converters： control approaches， grid-synchronization， and future trends—a review ［J］. IEEE Open Journal of Industry Applications ， 2021 ， 2 ： 93 - 109 .

ZHANG H B ， XIANG W ， LIN W X ， et al . Grid forming converters in renewable energy sources dominated power grid： control strategy， stability， application， and challenges ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2021 ， 9 （ 6 ）： 1239 - 1256 .

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 .

ROSSO R ， ENGELKEN S ， LISERRE M . On the implementation of an FRT strategy for grid-forming converters under symmetrical and asymmetrical grid faults ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2021 ， 57 （ 5 ）： 4385 - 4397 .

王盼宝，王鹏，李珅光，等 . 电网故障下构网型逆变器动态限流控制策略［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3829 - 3837 .

WANG Panbao ， WANG Peng ， LI Shenguang ， et al . Dynamic current-limiting control strategy of grid-forming inverter under grid faults ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3829 - 3837 .

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 .

HU P F ， JIANG W T ， YU Y X ， et al . Transient stability improvement of grid-forming voltage source converters considering current limitation ［J］. Sustainable Energy Technologies and Assessments ， 2022 ， 54 ： 102839 .

LIU T ， WANG X F . Transient stability of single-loop voltage-magnitude controlled grid-forming converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 6158 - 6162 .

ROKROK E ， QORIA T ， BRUYERE A ， et al . Transient stability assessment and enhancement of grid-forming converters embedding current reference saturation as current limiting strategy ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 1519 - 1531 .

蒙昌鑫，王延旭，王威儒，等 . 跟网/构网控制交互下换流器中频特性分析及振荡抑制［J/OL］. 电力系统自动化［ 2024-09-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240920.1148.003.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240920.1148.003.html .

MENG Changxin ， WANG Yanxu ， WANG Weiru ， et al . Medium-frequency characteristic analysis and oscillation suppression of converter with interaction between grid-forming and grid-following control ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2024-09-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240920.1148.003.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240920.1148.003.html .

ZHAO J T ， HUANG M ， ZHA X M . Transient stability analysis of grid-connected VSIs via PLL interaction ［C］// 2018 IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition （PEAC）， November 4-7 ， 2018 ， Shenzhen， China .

QORIA T ， GRUSON F ， COLAS F ， et al . Current limiting algorithms and transient stability analysis of grid-forming VSCs ［J］. Electric Power Systems Research ， 2020 ， 189 ： 106726 .

刘雨昕，彭克，赵子达，等 . 多虚拟同步发电机并联系统功率低频振荡机理分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 19 ）： 89 - 100 .

LIU Yuxin ， PENG Ke ， ZHAO Zida ， et al . Mechanism analysis of power low-frequency oscillations in parallel system of multiple virtual synchronous generators ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 19 ）： 89 - 100 .

苟少云，郭春义 . 构网型与跟网型混合直驱风电场并网稳定域研究［J/OL］. 电力系统自动化［ 2024-09-29 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240927.1515.010.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240927.1515.010.html .

GOU Shaoyun ， GUO Chunyi . Grid-connection stability domain study on wind farms with hybrid direct-drive grid-forming and grid-following wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ［ 2024-09-29 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240927.1515.010.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240927.1515.010.html .

刘欣，郭志博，贾焦心，等 . 基于单输入单输出等效序阻抗的微网VSG并网稳定性分析及虚拟阻抗设计［J/OL］. 电工技术学报［ 2024-05-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230419.1615.003.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230419.1615.003.html .

LIU Xin ， GUO Zhibo ， JIA Jiaoxin ， et al . Microgrid VSG grid-connection stability analysis and virtual impedance design based on single-input single-output equivalent sequence impedance ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ［ 2024-05-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230419.1615.003.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230419.1615.003.html .

CHOOPANI M ， HOSSEINIAN S H ， VAHIDI B . New transient stability and LVRT improvement of multi-VSG grids using the frequency of the center of inertia ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 527 - 538 .

SHEN C ， SHUAI Z K ， SHEN Y ， et al . Transient stability and current injection design of paralleled current-controlled VSCs and virtual synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 1118 - 1134 .

耿华，何长军，刘浴霜，等 . 新能源电力系统的暂态同步稳定研究综述［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 9 ）： 3367 - 3383 .

GENG Hua ， HE Changjun ， LIU Yushuang ， et al . Overview on transient synchronization stability of renewable-rich power systems ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 9 ）： 3367 - 3383 .

杨银国，袁枭添，陆秋瑜，等 . 考虑切换动态的功率同步控制单台构网型换流器暂态稳定性分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 10 ）： 4005 - 4016 .

YANG Yinguo ， YUAN Xiaotian ， LU Qiuyu ， et al . Transient stability analysis of grid-forming converter with power synchronization control considering switching dynamics ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 4005 - 4016 .

唐英杰，查晓明，田震，等 . 弱电网条件下虚拟同步机与SVG并联系统的暂态稳定性分析［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 10 ）： 4020 - 4034 .

TANG Yingjie ， ZHA Xiaoming ， TIAN Zhen ， et al . Transient stability analysis of virtual synchronous generator and SVG parallel system under weak grid conditions ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 4020 - 4034 .

ZHANG L D ， 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 .

姜鑫，易皓，卓放，等 . 基于直流电压同步的构网型变流器低频振荡分析与阻尼控制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 16 ）： 30 - 39 .

JIANG Xin ， YI Hao ， ZHUO Fang ， et al . Low-frequency oscillation analysis and damping control for grid-forming converters based on DC voltage synchronization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 16 ）： 30 - 39 .

WU H ， WANG X F . Design-oriented transient stability analysis of PLL-synchronized voltage-source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 3573 - 3589 .

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 - 7884 .

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 - 7884 .

PAQUETTE A D ， DIVAN D M . Virtual impedance current limiting for inverters in microgrids with synchronous generators ［C］// 2013 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 15-19 ， 2013 ， Denver， USA ： 1039 - 1046 .

史蒂芬·H·斯托加茨 . 非线性动力学与混沌［M］. 北京：机械工业出版社， 2018 .

STROGATZ S H . Nonlinear dynamics and chaos ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2018 .

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

基于暂态稳定裕度指标的最优潮流求解

基于网络能量轨迹特征学习的新能源电力系统暂态稳定评估

基于分布式模型预测控制的电-氢混合储能系统控制策略