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祝賀【華南理工大學(xué)】新能源研究中心團(tuán)隊發(fā)表高水平論文——一種塑造LCL型并網(wǎng)變換器魯棒無源輸出阻抗的增強(qiáng)方法
發(fā)布時間：
2025-03-05 15:53
來源：
學(xué)術(shù)報告摘要
華南理工大學(xué)新能源研究中心團(tuán)隊提出了一種LCL型并網(wǎng)變換器魯棒無源阻抗的增強(qiáng)方法，本文分析了參數(shù)波動對輸出阻抗無源性的影響，發(fā)現(xiàn)其可能會在中高頻段造成一些非無源區(qū)域，在此基礎(chǔ)上提出一種無源性增強(qiáng)的控制策略來提高無源性裕度，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)計方法與參數(shù)設(shè)計流程。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了非無源區(qū)域可能造成的中高頻振蕩，以及所提無源性增強(qiáng)方法和參數(shù)設(shè)計流程的有效性。本文的實(shí)驗(yàn)平臺基于YXSpace快速原型控制器搭建，通過YXSpace可以方便快速的對控制策略進(jìn)行測試、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
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，為應(yīng)對環(huán)境污染和能源枯竭問題，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。盡管通過合理的參數(shù)設(shè)計和主動阻尼控制可以確保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引發(fā)系統(tǒng)振蕩，這一問題嚴(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)的變化會導(dǎo)致電網(wǎng)阻抗在寬范圍內(nèi)波動，而傳輸功率的增加又會進(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，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；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，開發(fā)有效的穩(wěn)定性提升策略，對于推動新能源的大規(guī)模開發(fā)利用具有重要的理論和實(shí)踐意義。
待解決問題
在LCL型電壓源變換器（VSC）的無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)計建議，但未提出確保無源性的具體措施。例如，有研究通過在電流控制器并聯(lián)歐拉導(dǎo)數(shù)支路來實(shí)現(xiàn)無源性，但未充分考慮時間延遲的影響。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)的精確測量或估計，且無法保證在奈奎斯特頻率附近的無源性。
此外，一些方法通過優(yōu)化控制器參數(shù)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)無源阻抗整形，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。研究表明，當(dāng)源側(cè)輸出阻抗僅處于臨界無源性或無源性裕度不足時，并網(wǎng)系統(tǒng)中會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。
同時，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)波動等）也對系統(tǒng)穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。這些問題在有源阻尼領(lǐng)域已得到廣泛關(guān)注，但在無源性設(shè)計中卻較少被重視。因此，為了確保VSC在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性，設(shè)計具有足夠裕度的魯棒無源輸出阻抗是必要的。
研究方法
1、通過優(yōu)化設(shè)計電容電流反饋系數(shù)初步構(gòu)建具備無源性的輸出阻抗。
2、提出一種基于正電阻補(bǔ)償控制的無源性增強(qiáng)方法，以確保變換器具有魯棒的無源輸出阻抗。
3、對所提出的方法的結(jié)構(gòu)、實(shí)施、參數(shù)設(shè)計流程進(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)定性問題，塑造一個無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。本文分析了理想無源輸出阻抗在參數(shù)波動下存在的風(fēng)險，其在臨界無源區(qū)域附近可能會失去無源性。為了解決這些問題，提出了一種基于正電阻補(bǔ)償控制的無源性增強(qiáng)控制方法來確保變換器具有魯棒的無源輸出阻抗。文中詳細(xì)介紹了無源性增強(qiáng)控制的原理和結(jié)構(gòu)，以及參數(shù)設(shè)計方法和流程。此外，還提供了一個實(shí)際的設(shè)計實(shí)例以供參考。最后，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法和參數(shù)設(shè)計流程的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用場景中，一個臨界的無源輸出阻抗可能無法保證穩(wěn)定性。因此，具有魯棒無源輸出阻抗的VSCs對于即插即用應(yīng)用更為可靠，有助于推動可再生能源高滲透率的電力系統(tǒng)的發(fā)展。
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