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祝賀【華南理工大學(xué)】新能源研究中心團(tuán)隊(duì)發(fā)表高水平論文——一種塑造LCL型并網(wǎng)變換器魯棒無(wú)源輸出阻抗的增強(qiáng)方法
發(fā)布時(shí)間：
2025-03-05 15:53
來(lái)源：
學(xué)術(shù)報(bào)告摘要
華南理工大學(xué)新能源研究中心團(tuán)隊(duì)提出了一種LCL型并網(wǎng)變換器魯棒無(wú)源阻抗的增強(qiáng)方法，本文分析了參數(shù)波動(dòng)對(duì)輸出阻抗無(wú)源性的影響，發(fā)現(xiàn)其可能會(huì)在中高頻段造成一些非無(wú)源區(qū)域，在此基礎(chǔ)上提出一種無(wú)源性增強(qiáng)的控制策略來(lái)提高無(wú)源性裕度，從而提升變換器的穩(wěn)定性。本文詳細(xì)介紹了所提控制的設(shè)計(jì)方法與參數(shù)設(shè)計(jì)流程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了非無(wú)源區(qū)域可能造成的中高頻振蕩，以及所提無(wú)源性增強(qiáng)方法和參數(shù)設(shè)計(jì)流程的有效性。本文的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于YXSpace快速原型控制器搭建，通過(guò)YXSpace可以方便快速的對(duì)控制策略進(jìn)行測(cè)試、改進(jìn)，還能監(jiān)視控制系統(tǒng)中的變量，有效驗(yàn)證了所提出方法的有效性。
特別致謝
華南理工大學(xué)新能源
研究中心團(tuán)隊(duì)
論文題目：An enhancement method ensuring robust passive impedance of LCL-type grid connected converter
作者：Gengning Ying， Jun Zeng，Minhai Wu，Ningrui Yang，Jie Song , Junfeng Liu，Zhixing Yan
期刊名稱：Electric Power Systems Research
影響因子：3.3 (JCR Q2)
引用格式：Ying G, Zeng J, Wu M, et al. An enhancement method ensuring robust passive impedance of LCL-type grid connected converter[J]. Electric Power Systems Research, 2025, 243: 111486.
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779625000781?dgcid=author
曾君
工學(xué)博士，教授，工作于華南理工大學(xué)電力學(xué)院新能源研究中心，一直致力于分布式發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)以及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的控制與電力電子技術(shù)研究，尤其在分布式能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)優(yōu)化與控制以及電力電子功率變換方面進(jìn)行了一系列的基礎(chǔ)研究工作。
背景
近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)環(huán)境污染和能源枯竭問(wèn)題，以風(fēng)電和光伏為代表的分布式能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)得到了廣泛發(fā)展。作為分布式電源與電網(wǎng)之間的關(guān)鍵功率接口，LCL型電壓源變換器（VSCs）在電能轉(zhuǎn)換與傳輸方面得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。盡管通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)計(jì)和主動(dòng)阻尼控制可以確保VSCs的內(nèi)部穩(wěn)定性，但最新研究表明，VSCs與弱電網(wǎng)之間的阻抗交互作用會(huì)引發(fā)系統(tǒng)振蕩，這一問(wèn)題嚴(yán)重限制了系統(tǒng)的功率傳輸能力。此外，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)阻抗在寬范圍內(nèi)波動(dòng)，而傳輸功率的增加又會(huì)進(jìn)一步加劇電網(wǎng)的弱化程度。這些因素共同威脅著并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可能引發(fā)振蕩風(fēng)險(xiǎn)，影響系統(tǒng)的功率傳輸能力。
具體而言，分布式能源并網(wǎng)系統(tǒng)面臨的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，弱電網(wǎng)條件下電網(wǎng)阻抗的寬范圍變化增加了系統(tǒng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)；其次，功率傳輸需求的提升與電網(wǎng)強(qiáng)度的弱化形成了矛盾；最后，VSCs與電網(wǎng)之間的復(fù)雜阻抗交互作用可能引發(fā)低頻振蕩現(xiàn)象。這些問(wèn)題的存在不僅限制了新能源的消納能力，還可能影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，深入研究并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性機(jī)理，開(kāi)發(fā)有效的穩(wěn)定性提升策略，對(duì)于推動(dòng)新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用具有重要的理論和實(shí)踐意義。
待解決問(wèn)題
在LCL型電壓源變換器（VSC）的無(wú)源輸出阻抗塑造方面，已有多種方法被提出。
一些研究提供了減小輸出阻抗負(fù)實(shí)部區(qū)域的設(shè)計(jì)建議，但未提出確保無(wú)源性的具體措施。例如，有研究通過(guò)在電流控制器并聯(lián)歐拉導(dǎo)數(shù)支路來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)源性，但未充分考慮時(shí)間延遲的影響。類似地，還有研究在電流調(diào)節(jié)器并聯(lián)雙二階濾波器以補(bǔ)償臨界頻率以上的區(qū)域，并進(jìn)一步引入電壓前饋（VFF）支路。然而，這些方法均依賴于濾波器參數(shù)的精確測(cè)量或估計(jì)，且無(wú)法保證在奈奎斯特頻率附近的無(wú)源性。
此外，一些方法通過(guò)優(yōu)化控制器參數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)源阻抗整形，例如比例電容電流反饋（CCF）系數(shù)、電容電壓前饋（CVF）系數(shù)、VFF系數(shù)以及電流調(diào)節(jié)器參數(shù)等。然而，這些方法在特定頻率區(qū)域（如輸出阻抗實(shí)部為零的臨界頻率附近）的無(wú)源性裕度有限，可能導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，當(dāng)源側(cè)輸出阻抗僅處于臨界無(wú)源性或無(wú)源性裕度不足時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。
同時(shí)，復(fù)雜實(shí)際工況中的參數(shù)變化（如電網(wǎng)阻抗值和類型的變化、LCL參數(shù)波動(dòng)等）也對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。這些問(wèn)題在有源阻尼領(lǐng)域已得到廣泛關(guān)注，但在無(wú)源性設(shè)計(jì)中卻較少被重視。因此，為了確保VSC在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)具有足夠裕度的魯棒無(wú)源輸出阻抗是必要的。
研究方法
1、通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)電容電流反饋系數(shù)初步構(gòu)建具備無(wú)源性的輸出阻抗。
2、提出一種基于正電阻補(bǔ)償控制的無(wú)源性增強(qiáng)方法，以確保變換器具有魯棒的無(wú)源輸出阻抗。
3、對(duì)所提出的方法的結(jié)構(gòu)、實(shí)施、參數(shù)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行充分的分析考慮，形成系統(tǒng)性方案。
內(nèi)容
結(jié)果與展望
針對(duì)連接到弱電網(wǎng)的LCL型電壓源變換器（VSCs）的交互穩(wěn)定性問(wèn)題，塑造一個(gè)無(wú)源型變換器輸出阻抗被證明是一種有效且有前景的解決方案。本文分析了理想無(wú)源輸出阻抗在參數(shù)波動(dòng)下存在的風(fēng)險(xiǎn)，其在臨界無(wú)源區(qū)域附近可能會(huì)失去無(wú)源性。為了解決這些問(wèn)題，提出了一種基于正電阻補(bǔ)償控制的無(wú)源性增強(qiáng)控制方法來(lái)確保變換器具有魯棒的無(wú)源輸出阻抗。文中詳細(xì)介紹了無(wú)源性增強(qiáng)控制的原理和結(jié)構(gòu)，以及參數(shù)設(shè)計(jì)方法和流程。此外，還提供了一個(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)實(shí)例以供參考。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法和參數(shù)設(shè)計(jì)流程的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，一個(gè)臨界的無(wú)源輸出阻抗可能無(wú)法保證穩(wěn)定性。因此，具有魯棒無(wú)源輸出阻抗的VSCs對(duì)于即插即用應(yīng)用更為可靠，有助于推動(dòng)可再生能源高滲透率的電力系統(tǒng)的發(fā)展。
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