构网型变流器模式切换下暂态同步-过电压的耦合分析和控制

黄长林; 张俊勃; 郑外生; 马煜; 邢文超; 王科

doi:10.7500/AEPS20241030007

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构网型变流器模式切换下暂态同步-过电压的耦合分析和控制

研制与开发 | 更新时间：2026-02-28

- 构网型变流器模式切换下暂态同步-过电压的耦合分析和控制
- Analysis and Control of Coupling Between Transient Synchronization and Overvoltage Under Mode Switching of Grid-forming Converters
- 电力系统自动化 2026年50卷第4期页码：173-185
- 作者机构：
  
  1.华南理工大学电力学院，广东省广州市 510640
  2.南方电网科学研究院有限责任公司，广东省广州市 510663
- 作者简介：
  
  黄长林(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新型电力系统稳定分析及控制。E-mail：202220114193@mail.scut.edu.cn
  张俊勃(1986—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统运行与控制、电力系统运行业务数字化、泛在软件系统。E-mail：epjbzhang@scut.edu.cn
  郑外生(1967—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统规划和运行。E-mail：zhengws@csg.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金企业创新发展联合基金集成项目(U22B6007)
- DOI：10.7500/AEPS20241030007
  中图分类号：
- 收稿：2024-10-30，
  
  修回：2025-06-16，
  
  网络首发：2025-09-30，
  
  纸质出版：2026-02-25
- 稿件说明：
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黄长林,张俊勃,郑外生等.构网型变流器模式切换下暂态同步-过电压的耦合分析和控制[J].电力系统自动化,2026,50(4):173-185.

HUANG Changlin,ZHANG Junbo,ZHENG Waisheng,et al.Analysis and Control of Coupling Between Transient Synchronization and Overvoltage Under Mode Switching of Grid-forming Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):173-185.
黄长林,张俊勃,郑外生等.构网型变流器模式切换下暂态同步-过电压的耦合分析和控制[J].电力系统自动化,2026,50(4):173-185. DOI： 10.7500/AEPS20241030007.

HUANG Changlin,ZHANG Junbo,ZHENG Waisheng,et al.Analysis and Control of Coupling Between Transient Synchronization and Overvoltage Under Mode Switching of Grid-forming Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):173-185. DOI： 10.7500/AEPS20241030007.

摘要

受到大扰动后，构网型变流器将由电压源模式切换至电流限幅模式，存在扰动清除后无法退出电流限幅模式和恢复期间出现工频过电压的风险。目前，针对构网型变流器暂态同步和工频过电压耦合稳定机理的研究尚不充分。为此，首先将功率特性曲线与相量法结合，分析大扰动后构网型变流器运行点的相角演变与电压越界，提出基于构网型变流器输出相角的模式切换规则；在此基础上，进一步研究构网型变流器的暂态恢复过程，解析推导了恢复期间的工频过电压判据。然后，基于模式切换规则和工频过电压判据，提出了兼顾同步稳定和过电压限制的故障清除最佳相位区间概念。最后，提出考虑暂态同步与工频过电压耦合稳定的改进策略，并基于PSCAD/EMTDC仿真验证其有效性。

Abstract

After being subjected to a large disturbance

the grid-forming converter (GFM) will switch from the voltage source mode to the current limiting mode

which poses a risk of being unable to exit the current limiting mode after the disturbance is cleared and experiencing power-frequency overvoltage during the recovery period. Currently

research on the transient synchronization and power-frequency overvoltage coupling stability mechanisms of GFM is still insufficient. Therefore

first

by using power characteristic curves combined with the phasor method

the phase angle evolution and voltage boundary violation of the GFM operating point after a large disturbance are analyzed. A mode switching rule based on the output phase angle of the GFM is proposed. On this basis

the transient recovery process of the GFM is further investigated

and a power-frequency overvoltage criterion during the recovery period is analytically derived. Then

based on the mode switching rule and the power-frequency overvoltage criterion

the concept of the optimal fault-clearing phase interval is proposed

which balances synchronization stability and overvoltage limitation. Finally

an improved strategy considering both transient synchronization and power-frequency overvoltage coupling stability is proposed

and its effectiveness is verified through PSCAD/EMTDC simulation.

关键词

Keywords

references

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