基于有功-无功联合控制的构网型变流器暂态稳定性提升方法

夏向阳; 赵晓悦; 梁军; 罗文广; 陈贵全; 郑汉锋

doi:10.7500/AEPS20240905002

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基于有功-无功联合控制的构网型变流器暂态稳定性提升方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于有功-无功联合控制的构网型变流器暂态稳定性提升方法
- Transient Stability Enhancement Method for Grid-forming Converter Based on Joint Control of Active and Reactive Power
- 电力系统自动化 2025年49卷第11期页码：114-125
- 作者机构：
  
  1.电网防灾减灾全国重点实验室（长沙理工大学），湖南省长沙市 410114
  2.英国卡迪夫大学工程学院，卡迪夫 CF10 3XQ，英国
  3.中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南省株洲市 412001
- 作者简介：
  
  夏向阳(1968—),男,教授,博士生导师,主要研究方向：柔性直流输电控制和储能安全控制。E-mail：xia_xy@csust.edu.cn
  赵晓悦(1993—),女,通信作者,博士研究生,主要研究方向：储能电站安全监测、精细化控制。E-mail：zxy1993@stu.csust.edu.cn
  梁军(1970—),男,教授,博士生导师,主要研究方向：可再生能源发电、交直流变流器控制、直流电网等。E-mail：LiangJ1@cardiff.ac.uk
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51977014);湖南省自然科学基金资助项目(2025JJ50231);湖南省研究生科研创新项目(CX20240782)
- DOI：10.7500/AEPS20240905002
  中图分类号：
- 收稿：2024-09-05，
  
  修回：2024-12-30，
  
  网络出版：2025-02-20，
  
  纸质出版：2025-06-10
- 稿件说明：
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夏向阳,赵晓悦,梁军等.基于有功-无功联合控制的构网型变流器暂态稳定性提升方法[J].电力系统自动化,2025,49(11):114-125.

XIA Xiangyang,ZHAO Xiaoyue,LIANG Jun,et al.Transient Stability Enhancement Method for Grid-forming Converter Based on Joint Control of Active and Reactive Power[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):114-125.
夏向阳,赵晓悦,梁军等.基于有功-无功联合控制的构网型变流器暂态稳定性提升方法[J].电力系统自动化,2025,49(11):114-125. DOI： 10.7500/AEPS20240905002.

XIA Xiangyang,ZHAO Xiaoyue,LIANG Jun,et al.Transient Stability Enhancement Method for Grid-forming Converter Based on Joint Control of Active and Reactive Power[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):114-125. DOI： 10.7500/AEPS20240905002.

摘要

针对构网型变流器在电网对称故障下的暂态功角失稳和故障电流越限问题，提出了一种结合二阶滑模控制与电压自适应调节的联合控制方法。首先，在构网型变流器有功功率-频率环中引入改进型积分滑模面并构造李雅普诺夫函数，依据稳定性判据设计输出功率控制律，在计及电网相位变化的同时严格限制故障期间变流器输出功角波动。其次，采用无功功率-电压环切换控制以提供稳定的无功功率，支撑并网点电压，同时确保故障电流维持在安全阈值之内。最后，仿真与实验结果表明：在电网电压严重跌落并伴随相位突变的情况下，所提策略仍能有效提升构网型变流器故障穿越能力及故障切除后的恢复速率，其精细化主动支撑特性也同样适用于高低压穿越的复杂工况。

Abstract

Aiming at the issues of transient power angle instability and fault current over-limit of grid-forming converters during the symmetrical fault of the power grid

this paper proposes a joint control method integrating second-order sliding mode control and adaptive voltage regulation. First

an improved integral sliding mode surface is introduced in the active power-frequency loop of the grid-forming converter

and a Lyapunov function is constructed. Based on the stability criterion

the output power control law is designed to strictly limit the fluctuation of output power angle of the converter during faults while considering power grid phase changes. Furthermore

the reactive power-voltage loop switching control is employed to provide stable reactive power for supporting the voltage at the point of common coupling

which ensures that fault currents are maintained within safe thresholds. Finally

simulation and experimental results show that the proposed strategy can effectively enhance the fault ride-through capability of grid-forming converters and the recovery rate after fault clearance under the condition of a severe voltage drop with phase jump in the power grid. Its refined active support characteristics are also applicable to complex conditions of high and low voltage ride-through.

关键词

Keywords

references

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