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跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制

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admin 发表于 2024-12-14 13:15 | 查看全部 阅读模式

文档名:跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制
摘要:弱电网下,跟网型变换器易出现因阻尼不足导致的小扰动同步失稳问题.为此,该文借鉴复转矩分析理论,计及复杂控制耦合,建立跟网型变换器的复转矩模型.量化多环控制耦合、线路阻抗、控制参数等因素对系统阻尼转矩的影响,从阻尼的角度揭示跟网型变换器的小扰动同步失稳机理.根据理论分析,提出一种基于相位补偿的锁相环阻尼重塑控制策略,通过补偿多环控制耦合引入的负阻尼,增强变换器的小扰动同步稳定性.最后,开展相应的仿真与实验,验证理论分析的正确性与改进控制策略的有效性.

Abstract:Withtheincreasingintegrationofrenewableenergyandpowerelectronicequipment,thepowersystemischaracterizedbylowinertiaandweakdamping.Consequently,grid-followingconvertersemployingaphase-lockedloop(PLL)forsynchronizationfacetheriskofoscillationinstability,especiallyincomplexcontrolcoupling.Thispaperproposesacomplextorqueanalysismodelthatexaminesthedampingmechanismforsmalldisturbancesynchronousinstability.Torevealthesmalldisturbancesynchronizationinstabilitymechanismofgrid-followingconverters,aPLLcomplextorqueanalysismodeisbuiltconsideringthecurrentcontrol(CC)loopandDC-linkvoltagecontrol(DVC)loop.Accordingly,theaccuratedampingcharacteristicsandoscillationriskofthelow-frequencymodecanbeassessed.Theeffectsoftypicalmulti-loopcontrolcoupling,lineimpedance,andcontrolparametersonthedampingtorqueofthesystemarequantified.Firstly,atypicalgrid-followingtopologyandcontrolstrategyisintroduced,includingthePLL,currentinnercurrentloop,andDC-linkvoltageouterloop.Secondly,asynchronousdynamicanalysismodelisestablished,consideringbothCCandDVC,resemblinginthePhillips-Heffronmodelusedinlow-frequencyoscillationanalysisforsynchronousmachines.Basedontheequivalentblockdiagramtransformation,thecomplextorquemodelofthesynchronousloopisderived,enablingtheexaminationofequivalentsecond-ordermotiondrivenbyunbalancedvoltage,asshowninFig.A1.ItindicatesthatbyintroducingequivalentvoltagecomponentsbyCCandDVC,controlcouplinghasanuncertaindampingeffectonthePLL.Thirdly,theintrinsicdampingofPLLandadditionaldampingfromCCandDVCareextractedusingthedevelopedmodel,facilitatinganinvestigationintotheinfluenceofcontrolinteractiononthePLL'sequivalentmotion.Moreover,thestudyanalyzestheimpactsofmulti-loopcontrolcoupling,lineimpedance,andvariouscontrolparametersonthelow-frequencyoscillationcharacteristicsofgrid-followingsystems.Finally,adampingcompensator,utilizingd-axiscurrentfeedback,isproposedtoimprovethelow-frequencydampingcharacteristicsofgrid-followingandenhancethesmallperturbationsynchronizationstabilityoftheconverter.Theresultsshowthatincorrectcontrollerparameterscanleadtosynchronizationinstabilitywithoscillationfrequenciesbelow10Hz,particularlyinweakgrids.Theinfluenceofkeyparametersonthesystem'soscillationmodeissummarizedasfollows:(1)IncreasingtheproportionalcoefficientofPLLandtheintegrationparameterofCCcanleadtoahigheroscillationfrequencyandexacerbatethenegativedampingeffect.(2)AmplifyingtheproportionalgainintheCCloopandDVCenhancesthesystem'soscillationfrequencybutweakensthenegativedampingeffect.(3)Theincreaseinthegridimpedancereducestheoscillationfrequencyandintensifiesthenegativedampingeffectofthesystem.Furthermore,leveragingtheenhancedPLL,thesystemexhibitspositivedampingandremainsstableasthegridtransitionsfromstrongtoweak.Asthegridimpedanceincreasesfrom0.1(pu)to0.8(pu),thepositivedampingpersists,signifyinganimproveddynamiccharacteristicofthegrid-followingsystem.

作者:李红   梁军杨   王振民   李国进   陈延明 Author:LiHong   LiangJunyang   WangZhenmin   LiGuojin   ChenYanming
作者单位:广西大学广西电力系统最优化与节能技术重点实验室南宁530004华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(12)
分类号:TM464
关键词:跟网型变换器  小扰动同步稳定  多环控制耦合  复转矩分析法  阻尼重塑  
Keywords:Gridfollowingconverter  smallsignalsynchronizationstability  multi-loopcontrolcoupling  complextorqueanalysis  dampingreshaping  
机标分类号:TQ325.3R242TM464
在线出版日期:2024年7月19日
基金项目:国家自然科学基金,广东省基础与应用基础研究基金-粤桂联合基金-重点项目跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(12)李红  梁军杨  王振民  李国进  陈延明弱电网下,跟网型变换器易出现因阻尼不足导致的小扰动同步失稳问题.为此,该文借鉴复转矩分析理论,计及复杂控制耦合,建立跟网型变换器的复转矩模型.量化多环控制耦合、线路阻抗、控制参数等因素对系统阻尼转矩的影响,从阻...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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