核心概念
本文提出了一種基於複頻率理論的新型雙重電網形成轉換器控制策略,該策略利用瞬時頻寬而非瞬時頻率作為調節變數來維持電網的功率平衡,並展示了該策略在電力系統中的穩定性和有效性。
摘要
雙重電網形成轉換器:一種基於複頻率的新型電網同步方法
本文介紹了一種基於複頻率理論的新型雙重電網形成轉換器 (GFM) 控制策略。不同於傳統 GFM 模擬同步發電機的控制方式,該策略利用電壓幅值的變化率(瞬時頻寬)而非電壓相位的變化率(瞬時頻率)來維持電網的功率平衡。
雙重擺動方程式
傳統同步發電機的擺動方程式基於轉子角度,而本文提出的雙重擺動方程式則基於虛擬內電動勢的幅值和相位。該方程式利用瞬時頻寬作為狀態變數,並通過調節虛擬內電動勢的幅值來維持功率平衡。
雙重一次控制器
與傳統 GFM 類似,雙重 GFM 也採用雙迴路控制策略。然而,與傳統 GFM 利用有功功率調節頻率、無功功率調節電壓不同,雙重 GFM 採用有功功率調節電壓、無功功率調節頻率的控制方式。
案例分析
本文通過 WSCC 9 節點系統和愛爾蘭輸電系統的動態模型驗證了雙重 GFM 控制策略的有效性。模擬結果表明,該策略能夠在負載跳變和三相短路故障後有效地恢復系統的正常運行狀態。
主要貢獻
- 提出一種基於複頻率理論的新型雙重 GFM 控制策略,該策略利用瞬時頻寬而非瞬時頻率作為調節變數來維持電網的功率平衡。
- 通過數學推導和模擬驗證,證明了該策略的穩定性和有效性。
- 展示了該策略在電力系統中應用的潛力,特別是在分佈式發電和低壓電網中的應用。
未來研究方向
- 進一步研究基於複頻率的雙重 GFM 控制策略,探索其在不同運行條件下的性能。
- 研究該策略在直流電網中的應用。
- 開發基於該策略的無 PLL 控制方案。
統計資料
本文使用了 WSCC 9 節點系統和一個包含 1479 個節點的愛爾蘭輸電系統動態模型進行模擬驗證。
在案例研究中,雙重 GFM 控制器的參數設置為:K = 0.1 或 1,˜M = 15 或 30 秒,˜D = 0.5 或 20,˜Tm = 2 秒,˜R = 0.05,Kq = 10,Tq = 5 秒,˜Kr = 40,˜Tr = 1 秒。
引述
"This letter proposes a dual model for grid-forming (GFM) controlled converters. The model is inspired from the observation that the structures of the active and reactive power equations of lossy synchronous machine models are almost symmetrical in terms of armature resistance and transient reactance."
"This work, on the other hand, considers the dual parts of (1) and (2), that is, the terms that depend on the armature resistance and suppose that the reactance x′d is zero or negligible. This can be done because a converter is not a machine with physical coils and its parameters can be tuned as desired."
"It is important to note that the virtual angular speed does not appear in the formulation of the dual-GFM control except for the time derivative of the internal signal δ in (19). This is consistent with synchronous machines, where ϱ does not appear anywhere except for the time derivative of the internal emf e in (18)."