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基于陷波器的构网型换流器同步频率谐振抑制策略

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admin 发表于 2024-12-14 11:41 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于陷波器的构网型换流器同步频率谐振抑制策略
摘要:随着电力系统中新能源占比的增加,传统电网的强度越来越弱,短路比降低,导致基于电压定向的跟网型电压源型换流器(VSC)的稳定性变弱.为了解决跟网型VSC连接弱网时的稳定性问题和功率传输极限问题,基于功率定向的构网型VSC得到广泛关注,尤其是采用功率同步控制(PSC)和虚拟同步机(VSG)控制的并网VSC,因结构简单而迅速发展.然而,考虑电网和线路等值电感动态时,构网型换流器在感性网络的等效电阻较小时易发生一种同步频率谐振(SFR),导致系统失稳.该文主要以PSC-VSC为研究对象,通过建立小信号模型分析其发生SFR的机理,发现除了线路电阻小之外,非最小相位效应是引发SFR的另一个原因.为了抑制这种同步频率谐振,该文提出采用陷波器的谐振抑制方法,与采用低通滤波器方法(等效VSG控制)相比,该文所提方法对控制参数更具有鲁棒性,同时能提高系统的带宽.最后,建立实验平台,通过物理实验验证该文所提出控制策略的有效性.

Abstract:Asanimportantinterfacebetweennewenergypowergenerationandthegrid,theVoltageSourceConverter(VSC)hasbeenwidelyusedinnewpowersystems.Atpresent,thegridfollowingVSCbasedoncurrentvectorcontrolhasextensiveapplicationinengineeringpractice.However,withtheincreasingintegrationofnewenergysourcesandthecontinuousadditionofpowerelectronicequipment,powergridstabilityweakens,leadingtochallengesinthestabilityofgrid-followingVSCs.Theconceptofgrid-formingVSCisproposedtoimprovethestability,especiallyinweakgridscenariosandforpowersupplytoisolatedislands.PowerSynchronizationControl(PSC)andVirtualSynchronousGenerator(VSG)controlhavegainedsignificantattentionduetotheirsimplicity.ItisfoundthatPSCcontrolwithafirst-orderlow-passfiltercanbeequivalenttoVSGcontrolwhentheinfluenceofenergystorageisignored.However,anissueknownasSynchronousFrequencyResonance(SFR)ariseswhenVSCscontrolledbyPSCorVSGareconnectedtoinductivegridswithsmallequivalentresistances.Basedonthecontrolequation,VSGcontrolandPSCcontrolwithafirst-orderlow-passfiltercanbeequivalenttoeachother.Thecouplingeffectbetweentheactivepowercontrolloop(APCL)andreactivepowercontrolloop(RPCL)isexplored,andanequivalentmathematicalmodelfortheirmutualcouplingisdeduced.Secondly,theinfluenceofthevoltageandcurrentinnerloopdynamicsofthesystemisanalyzed,demonstratingthattheinnerloopdoesnotchangethesystemcharacteristicsnearthesynchronizationfrequency.Therefore,tosimplifytheanalysisofthesynchronousfrequencyresonancemechanism,theinnerloopisconsideredfastenoughtoachieveidealvoltagetracking.Thirdly,basedonthesmallsignalmodelinthefrequencydomain,itisverifiedthatasmallequivalentresistanceinaninductivegridmaycauseSFR,andpowercontrolloopparameterscanaffectsystemstability.TheNyquistcriterionanalysisindicatesthatthepresenceofanon-minimumphasesystemisacauseofSFR.Finally,themechanismoftheSFRphenomenonofthegrid-formingconverterisanalyzed,andanSFRsuppressionstrategyisproposed.Theeffectivenessoftheproposedmethodisverified.Thefollowingconclusionscanbedrawnfromtheanalysis:(1)Asmallsignalmodelinthefrequencydomainofgrid-formingPSC-VSCcoupledwithAPCLandRPCLisestablished.Accordingtotheclosed-loopsystemeigenvalueloci,itisverifiedthatasmallequivalentresistanceoftheinductivegridcancauseSFR.Thenon-minimumphaseeffectisanotherreasonforSFR.(2)Comparedwiththefirst-orderlow-passfilter(equivalenttoVSGcontrol),theproposedSFRsuppressionmethodcaneffectivelysuppresstheresonancepeakandrequirelowerprecisionofparameterdesign.Meanwhile,italsohasstrongrobustnessincontrolparametersandamoresubstantialstabilitymarginforthesystem.(3)Thetheoreticalanalysisisverifiedbasedontheestablishedthree-phasegrid-connectedconverterexperimentplatform.

作者:熊小玲  李昕悦  周琰  罗博晨Author:XiongXiaoling  LiXinyue  ZhouYan  LuoBochen
作者单位:新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学)北京102206
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(12)
分类号:TM721.1
关键词:构网型换流器  同步频率谐振  陷波器  稳定性  
Keywords:Grid-formingconverter  synchronousfrequencyresonance(SFR)  notchfilter  stability  
机标分类号:TM712TM464TM341
在线出版日期:2024年7月19日
基金项目:国家自然科学基金,中央高校基本科研业务费专项,台达电力电子科教发展计划资助项目基于陷波器的构网型换流器同步频率谐振抑制策略[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(12)熊小玲  李昕悦  周琰  罗博晨随着电力系统中新能源占比的增加,传统电网的强度越来越弱,短路比降低,导致基于电压定向的跟网型电压源型换流器(VSC)的稳定性变弱.为了解决跟网型VSC连接弱网时的稳定性问题和功率传输极限问题,基于功率定向的构网型VS...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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2024-12-14 11:41 上传
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