基于功率/电压统一控制器的逆变器孤岛及并离网切换控制

丁勇; 茆美琴; 张金桃

doi:10.7500/AEPS20251015001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于功率/电压统一控制器的逆变器孤岛及并离网切换控制

研制与开发 | 更新时间：2026-10-22

- 基于功率/电压统一控制器的逆变器孤岛及并离网切换控制
- Islanded and Grid-connected/Off-grid Switching Control for Inverters Based on Unified Power and Voltage Controller
- 电力系统自动化 2026年50卷第20期页码：179-190
- 作者机构：
  
  1.合肥工业大学光伏系统教育部工程研究中心，安徽省合肥市 230009
  2.合肥理工学院新能源工程学院，安徽省合肥市 238000
- 作者简介：
  
  丁勇(1991—)，男，博士研究生，主要研究方向：新能源系统变流器控制。E-mail：yong_dsyuct@163.com
  茆美琴(1961—)，女，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：微电网能量管理系统、电动汽车参与电网调度。E-mail：mmqmail@163.com
  张金桃(1998—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电力电子系统建模与控制。E-mail：zjtmail@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51577047);高等学校学科创新引智计划（“111”计划）资助项目(BP0719039);已申请国家发明专利（申请号：ZL 202411635924.9）
- DOI：10.7500/AEPS20251015001
  中图分类号：
- 收稿：2025-10-15，
  
  修回：2026-01-28，
  
  网络首发：2026-05-21，
  
  纸质出版：2026-10-25
- 稿件说明：
移动端阅览
丁勇,茆美琴,张金桃.基于功率/电压统一控制器的逆变器孤岛及并离网切换控制[J].电力系统自动化,2026,50(20):179-190.

DING Yong,MAO Meiqin,ZHANG Jintao.Islanded and Grid-connected/Off-grid Switching Control for Inverters Based on Unified Power and Voltage Controller[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(20):179-190.
丁勇,茆美琴,张金桃.基于功率/电压统一控制器的逆变器孤岛及并离网切换控制[J].电力系统自动化,2026,50(20):179-190. DOI： 10.7500/AEPS20251015001.

DING Yong,MAO Meiqin,ZHANG Jintao.Islanded and Grid-connected/Off-grid Switching Control for Inverters Based on Unified Power and Voltage Controller[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(20):179-190. DOI： 10.7500/AEPS20251015001.

摘要

基于类振荡器的无锁相环功率/电压统一控制器（OR-PLL-less UPVC)为并网逆变器适应复杂电网工况运行提供了一种新方法，但基础OR-PLL-less UPVC不具备在孤岛及并离网切换场景下运行的能力。为此，文中引入补偿电流生成模块和预同步电流生成模块，构造改进OR-PLL-less UPVC，实现了该控制器孤岛零压自启动及并离网双向无缝切换控制。首先，阐述了基于补偿电流生成模块的改进OR-PLL-less UPVC在孤岛场景下的电压自构建与调节原理，分析了其孤岛模式运行的稳定性。其次，介绍了预同步电流生成模块的结构与工作原理，进而分析了逆变器在并离网双向切换时的动态性能。最后，通过仿真及实时控制器硬件在环实验，对所提方法的有效性进行了验证。结果表明，采用改进OR-PLL-less UPVC的逆变器可在20 ms内实现孤岛零压自启动和计划内并离网切换，在40 ms内实现计划外并离网切换，满足同期条件后约5~10 ms完成计划内离并网切换，且所有双向切换过程均无冲击电流产生。

Abstract

The oscillator-resembled phase-locked loop-less unified power and voltage controller (OR-PLL-less UPVC) provides a new solution for grid-connected inverters to adapt to the varying and complex grid conditions. However

the OR-PLL-less UPVC does not have the capability of islanded and grid-connected/off-grid switching operation. To this end

this paper develops an enhanced OR-PLL-less UPVC by introducing a compensation current generation module and a pre-synchronization current generation module

which achieves zero-voltage self-start in the islanded mode and bidirectional seamless switching of grid-connected and off-grid modes. First

the voltage self-formation and regulation principles of the OR-PLL-less UPVC based on the compensation current generation module in the islanded mode are described

and the stability of the system in the islanded mode is further analyzed. Next

the structure and operation principle of the pre-synchronization current generation module are introduced

followed by the analysis of the dynamic performance of bidirectional switching of grid-connected and off-grid modes. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified through the simulation and real-time controller hardware-in-the-loop experiments. The results show that the inverter using the enhanced OR-PLL-less UPVC can achieve the zero-voltage self-start in the islanded mode and the scheduled switching from the grid-connected mode to the off-grid mode in 20 ms

and the unscheduled switching from the grid-connected mode to the off-grid mode in 40 ms. After meeting the synchronization conditions

the scheduled switching from the off-grid mode to the grid-connected mode occurs within 5 ms to 10 ms

and no inrush current is generated during all bidirectional switching processes.

关键词

Keywords

references

Global PST Consortium . Summary of GFM capability & performance requirements driven by system needs ［EB/OL］. ［ 2025-09-25 ］. https：//globalpst.org/wp-content/uploads/202405GFM-draft.pdf https://globalpst.org/wp-content/uploads/202405GFM-draft.pdf .

黄萌，舒思睿，李锡林，等 . 面向同步稳定性的电力电子并网变流器分析与控制研究综述［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 19 ）： 5978 - 5994 .

Huang Meng ， Shu Sirui ， Li Xilin ， et al . A review of synchronization-stability-oriented analysis and control of power electronic grid-connected converters ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 19 ）： 5978 - 5994 .

刘琦，占萌，李威，等 . 同步发电机和非同步发电机电源接入强弱电网系统小扰动稳定特性比较与统一分析［J］. 电工技术学报， 2026 ， 41 （ 1 ）： 182 - 200 .

Liu Qi ， Zhan Meng ， Li Wei ， et al . Characteristics comparison and unified analysis of stiff or weak grid-tied small disturbance stability of synchronous generator and converter-interfaced generations ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2026 ， 41 （ 1 ）： 182 - 200 .

Hu Z H ， Xing X Y ， Wang H Y ， et al . Modeling and delay compensation method for improving the stability of grid-connected inverter with LCL filter under weak grid conditions ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2026 ， 41 （ 4 ）： 6111 - 6124 .

Wu W ， Yang Z Q ， He S ， et al . Enhanced operation of grid-following VSCs with alternating-voltage control in ultraweak grids ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2025 ， 13 （ 2 ）： 2270 - 2284 .

Nair A ， Kamalasadan S ， Geis-Schroer J ， et al . An investigation of grid stability and a new design of adaptive phase-locked loop for wind-integrated weak power grid ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 5 ）： 5871 - 5884 .

吴超，赵统，王尽颢，等 . 基于电压矩阵的跟网变流器无锁相环控制的本质特征与提升策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 21 ）： 138 - 147 .

Wu Chao ， Zhao Tong ， Wang Jinhao ， et al . Essential characteristics and improved strategy of voltage matrix based control of grid-following converter without phase-locked loop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 21 ）： 138 - 147 .

马俊鹏，李磊，迟程缤，等 . 宽短路比工况下构网型逆变器功率自同步控制的稳定性分析［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 7 ）： 165 - 173 .

Ma Junpeng ， Li Lei ， Chi Chengbin ， et al . Stability analysis of power self-synchronization control of grid-forming converters in wide range of short-circuit ratio conditions ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 7 ）： 165 - 173 .

李奕曈，艾诚，覃瑶，等 . 基于匹配控制的构网型变换器小扰动稳定性综述［J］. 高电压技术， 2025 ， 51 （ 2 ）： 774 - 792 .

Li Yitong ， Ai Cheng ， Qin Yao ， et al . An overview of small-disturbance stability of grid-forming converters based on matching control ［J］. High Voltage Engineering ， 2025 ， 51 （ 2 ）： 774 - 792 .

夏向阳，蒋戴宇，曾小勇，等 . 基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略研究［J］. 中国电力， 2024 ， 57 （ 11 ）： 70 - 77 .

Xia Xiangyang ， Jiang Daiyu ， Zeng Xiaoyong ， et al . Research on control strategy of power conversion system based on virtual oscillator control ［J］. Electric Power ， 2024 ， 57 （ 11 ）： 70 - 77 .

T/CES 243—2023 构网型储能系统并网技术规范［S］.

T/CES 243—2023 Technical specification for application of grid-forming energy storage system ［S］.

姚兴，占萌，刘琦 . 构网型变流器并网系统中功率同步环与端电压环相互作用分析［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 16 ）： 175 - 186 .

Yao Xing ， Zhan Meng ， Liu Qi . Analysis on interaction between power synchronization loop and terminal voltage loop in grid-connected system of grid-forming converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 16 ）： 175 - 186 .

李明，张兴，郭梓暄，等 . 弱电网下基于电网阻抗自适应的双模式并网稳定控制策略［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 7 ）： 86 - 93 .

Li Ming ， Zhang Xing ， Guo Zixuan ， et al . Grid impedance adaption dual mode grid-connected stability control strategy in a weak grid ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 7 ）： 86 - 93 .

刘朋印，谢小荣，缪庆庆，等 . 变流器自适应跟网-构网融合控制及其改善振荡稳定性的机理分析［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 15 ）： 6062 - 6069 .

Liu Pengyin ， Xie Xiaorong ， Miao Qingqing ， et al . Adaptive grid-forming and grid-following hybrid control and its mechanism for enhancing converter’s oscillatory stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 15 ）： 6062 - 6069 .

Lima L A M ， Watanabe E H . Hybrid control scheme for VSC presenting both grid-forming and grid-following capabilities ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 4570 - 4581 .

周京华，李津 . 构网型储能变流器国内外技术标准对比与分析［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 11 ）： 14 - 28 .

Zhou Jinghua ， Li Jin . Comparison and analysis of domestic and international technical standards for grid-forming energy storage conversion system ［J ］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 11 ）： 14 - 28 .

张利东，宋书新，孙凯祺，等 . 面向新型电力系统构建的构网型储能换流器并网测试技术标准对比与分析［J］. 中国电机工程学报， 2026 ， 46 （ 13 ）： 5547 - 5560 .

Zhang Lidong ， Song Shuxin ， Sun Kaiqi ， et al . Comparison and analysis of grid-connection test technical standards for grid-forming energy storage converters in the context of new power system construction ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2026 ， 46 （ 13 ）： 5547 - 5560 .

毕永健，徐丙垠，赵艳雷，等 . 同步定频微电网的并网/孤岛无缝切换控制策略［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 3 ）： 923 - 932 .

Bi Yongjian ， Xu Bingyin ， Zhao Yanlei ， et al . Seamless transfer control strategy between grid-connected and islanding operation for synchronous fixed-frequency microgrid ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 923 - 932 .

谌立坤，尚磊，郑润生，等 . 中央控制器协同的多微电网平滑切换与并联运行研究［J］. 中国电机工程学报， 2026 ， 46 （ 11 ）： 4389 - 4403 .

Chen Likun ， Shang Lei ， Zheng Runsheng ， et al . Research on multi-microgrid bumpless transition and interconnect operation based on central controller collaboration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2026 ， 46 （ 11 ）： 4389 - 4403 .

Lou G N ， Gu W ， Zhu J P ， et al . A novel control strategy for the seamless transfer of microgrids based on disturbance observer ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 118 ： 105804 .

Souza M E T ， Freitas L C G . Grid-connected and seamless transition modes for microgrids： an overview of control methods， operation elements， and general requirements ［J］. IEEE Access ， 2022 ， 10 ： 97802 - 97834 .

Sadeque F ， Sharma D ， Mirafzal B . Seamless grid-following to grid-forming transition of inverters supplying a microgrid ［C］// 2023 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition （APEC）， 2023 ： 594 - 599 .

Amin M ， Zhong Q C . Resynchronization of distributed generation based on the universal droop controller for seamless transfer between operation modes ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 9 ）： 7574 - 7582 .

Ganjian-aboukheili M ， Shahabi M ， Shafiee Q ， et al . Seamless transition of microgrids operation from grid-connected to islanded mode ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 2106 - 2114 .

丁勇，茆美琴，张金桃 . 并网逆变器类振荡器无锁相环功率/电压统一控制器［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 22 ）： 35 - 43 .

Ding Yong ， Mao Meiqin ， Zhang Jintao . Oscillator-resembled phase locked loop-less unified power and voltage controller for grid-connected inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 22 ）： 35 - 43 .

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

计及锁相误差的新能源并网逆变器暂态过电压分析及抑制

含多静止无功发生器的新能源多馈入系统静态电压稳定性分析

低短路比下新能源基地构网型储能分散式配置与经济性分析

基于可行域聚合投影的输配电网与EVA分层协同优化调度

面向新型电力系统的调节容量市场机制与出清模型