祝賀【華南理工大學】新能源研究中心團隊發表高水平論文——一種塑造LCL型并網變換器魯棒無源輸出阻抗的增強方法
發布時間：
2025-03-05 15:53
來源：
學術報告摘要
華南理工大學新能源研究中心團隊提出了一種LCL型并網變換器魯棒無源阻抗的增強方法，本文分析了參數波動對輸出阻抗無源性的影響，發現其可能會在中高頻段造成一些非無源區域，在此基礎上提出一種無源性增強的控制策略來提高無源性裕度，從而提升變換器的穩定性。本文詳細介紹了所提控制的設計方法與參數設計流程。通過實驗結果驗證了非無源區域可能造成的中高頻振蕩，以及所提無源性增強方法和參數設計流程的有效性。本文的實驗平臺基于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行測試、改進，還能監視控制系統中的變量，有效驗證了所提出方法的有效性。
特別致謝
華南理工大學新能源
研究中心團隊
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
工學博士，教授，工作于華南理工大學電力學院新能源研究中心，一直致力于分布式發電系統、微電網以及可再生能源發電系統中的控制與電力電子技術研究，尤其在分布式能源并網、微電網優化與控制以及電力電子功率變換方面進行了一系列的基礎研究工作。
背景
近年來，為應對環境污染和能源枯竭問題，以風電和光伏為代表的分布式能源轉換系統得到了廣泛發展。作為分布式電源與電網之間的關鍵功率接口，LCL型電壓源變換器（VSCs）在電能轉換與傳輸方面得到了快速發展和廣泛應用。盡管通過合理的參數設計和主動阻尼控制可以確保VSCs的內部穩定性，但最新研究表明，VSCs與弱電網之間的阻抗交互作用會引發系統振蕩，這一問題嚴重限制了系統的功率傳輸能力。此外，電網運行狀態的變化會導致電網阻抗在寬范圍內波動，而傳輸功率的增加又會進一步加劇電網的弱化程度。這些因素共同威脅著并網系統的穩定性，可能引發振蕩風險，影響系統的功率傳輸能力。
具體而言，分布式能源并網系統面臨的穩定性挑戰主要體現在以下幾個方面：首先，弱電網條件下電網阻抗的寬范圍變化增加了系統失穩風險；其次，功率傳輸需求的提升與電網強度的弱化形成了矛盾；最后，VSCs與電網之間的復雜阻抗交互作用可能引發低頻振蕩現象。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的安全穩定運行。因此，深入研究并網系統的穩定性機理，開發有效的穩定性提升策略，對于推動新能源的大規模開發利用具有重要的理論和實踐意義。
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實部區域的設計建議，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歐拉導數支路來實現無源性，但未充分考慮時間延遲的影響。類似地，還有研究在電流調節器并聯雙二階濾波器以補償臨界頻率以上的區域，并進一步引入電壓前饋（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，一些方法通過優化控制器參數設計來實現無源阻抗整形，例如比例電容電流反饋（CCF）系數、電容電壓前饋（CVF）系數、VFF系數以及電流調節器參數等。然而，這些方法在特定頻率區域（如輸出阻抗實部為零的臨界頻率附近）的無源性裕度有限，可能導致實際運行中的不穩定風險。研究表明，當源側輸出阻抗僅處于臨界無源性或無源性裕度不足時，并網系統中會出現振蕩現象。
同時，復雜實際工況中的參數變化（如電網阻抗值和類型的變化、LCL參數波動等）也對系統穩定性構成威脅。這些問題在有源阻尼領域已得到廣泛關注，但在無源性設計中卻較少被重視。因此，為了確保VSC在實際運行中的穩定性，設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、通過優化設計電容電流反饋系數初步構建具備無源性的輸出阻抗。
2、提出一種基于正電阻補償控制的無源性增強方法，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構、實施、參數設計流程進行充分的分析考慮，形成系統性方案。
內容
結果與展望
針對連接到弱電網的LCL型電壓源變換器（VSCs）的交互穩定性問題，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波動下存在的風險，其在臨界無源區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償控制的無源性增強控制方法來確保變換器具有魯棒的無源輸出阻抗。文中詳細介紹了無源性增強控制的原理和結構，以及參數設計方法和流程。此外，還提供了一個實際的設計實例以供參考。最后，通過實驗結果驗證了所提出方法和參數設計流程的有效性。實驗結果表明，在復雜的實際應用場景中，一個臨界的無源輸出阻抗可能無法保證穩定性。因此，具有魯棒無源輸出阻抗的VSCs對于即插即用應用更為可靠，有助于推動可再生能源高滲透率的電力系統的發展。
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