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祝贺【华南理工大学】新能源研究中心团队发表高水平论文——一种塑造LCL型并网变换器鲁棒无源输出阻抗的增强方法

发布时间：

2025-03-05 15:53

来源：

学术报告摘要

华南理工大学新能源研究中心团队提出了一种LCL型并网变换器鲁棒无源阻抗的增强方法，本文分析了参数波动对输出阻抗无源性的影响，发现其可能会在中高频段造成一些非无源区域，在此基础上提出一种无源性增强的控制策略来提高无源性裕度，从而提升变换器的稳定性。本文详细介绍了所提控制的设计方法与参数设计流程。通过实验结果验证了非无源区域可能造成的中高频振荡，以及所提无源性增强方法和参数设计流程的有效性。本文的实验平台基于YXSpace快速原型控制器搭建，通过YXSpace可以方便快速的对控制策略进行测试、改进，还能监视控制系统中的变量，有效验证了所提出方法的有效性。

特别致谢

华南理工大学新能源

研究中心团队

论文题目：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

期刊名称：Electric Power Systems Research

影响因子：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.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779625000781?dgcid=author

 

曾君

 

工学博士，教授，工作于华南理工大学电力学院新能源研究中心，一直致力于分布式发电系统、微电网以及可再生能源发电系统中的控制与电力电子技术研究，尤其在分布式能源并网、微电网优化与控制以及电力电子功率变换方面进行了一系列的基础研究工作。

 

 

背景

近年来，为应对环境污染和能源枯竭问题，以风电和光伏为代表的分布式能源转换系统得到了广泛发展。作为分布式电源与电网之间的关键功率接口，LCL型电压源变换器（VSCs）在电能转换与传输方面得到了快速发展和广泛应用。尽管通过合理的参数设计和主动阻尼控制可以确保VSCs的内部稳定性，但最新研究表明，VSCs与弱电网之间的阻抗交互作用会引发系统振荡，这一问题严重限制了系统的功率传输能力。此外，电网运行状态的变化会导致电网阻抗在宽范围内波动，而传输功率的增加又会进一步加剧电网的弱化程度。这些因素共同威胁着并网系统的稳定性，可能引发振荡风险，影响系统的功率传输能力。

 

具体而言，分布式能源并网系统面临的稳定性挑战主要体现在以下几个方面：首先，弱电网条件下电网阻抗的宽范围变化增加了系统失稳风险；其次，功率传输需求的提升与电网强度的弱化形成了矛盾；最后，VSCs与电网之间的复杂阻抗交互作用可能引发低频振荡现象。这些问题的存在不仅限制了新能源的消纳能力，还可能影响电力系统的安全稳定运行。因此，深入研究并网系统的稳定性机理，开发有效的稳定性提升策略，对于推动新能源的大规模开发利用具有重要的理论和实践意义。

待解决问题

在LCL型电压源变换器（VSC）的无源输出阻抗塑造方面，已有多种方法被提出。

一些研究提供了减小输出阻抗负实部区域的设计建议，但未提出确保无源性的具体措施。例如，有研究通过在电流控制器并联欧拉导数支路来实现无源性，但未充分考虑时间延迟的影响。类似地，还有研究在电流调节器并联双二阶滤波器以补偿临界频率以上的区域，并进一步引入电压前馈（VFF）支路。然而，这些方法均依赖于滤波器参数的精确测量或估计，且无法保证在奈奎斯特频率附近的无源性。

此外，一些方法通过优化控制器参数设计来实现无源阻抗整形，例如比例电容电流反馈（CCF）系数、电容电压前馈（CVF）系数、VFF系数以及电流调节器参数等。然而，这些方法在特定频率区域（如输出阻抗实部为零的临界频率附近）的无源性裕度有限，可能导致实际运行中的不稳定风险。研究表明，当源侧输出阻抗仅处于临界无源性或无源性裕度不足时，并网系统中会出现振荡现象。

同时，复杂实际工况中的参数变化（如电网阻抗值和类型的变化、LCL参数波动等）也对系统稳定性构成威胁。这些问题在有源阻尼领域已得到广泛关注，但在无源性设计中却较少被重视。因此，为了确保VSC在实际运行中的稳定性，设计具有足够裕度的鲁棒无源输出阻抗是必要的。

 

 

研究方法

1、通过优化设计电容电流反馈系数初步构建具备无源性的输出阻抗。

2、提出一种基于正电阻补偿控制的无源性增强方法，以确保变换器具有鲁棒的无源输出阻抗。

3、对所提出的方法的结构、实施、参数设计流程进行充分的分析考虑，形成系统性方案。

 

内容

结果与展望

针对连接到弱电网的LCL型电压源变换器（VSCs）的交互稳定性问题，塑造一个无源型变换器输出阻抗被证明是一种有效且有前景的解决方案。本文分析了理想无源输出阻抗在参数波动下存在的风险，其在临界无源区域附近可能会失去无源性。为了解决这些问题，提出了一种基于正电阻补偿控制的无源性增强控制方法来确保变换器具有鲁棒的无源输出阻抗。文中详细介绍了无源性增强控制的原理和结构，以及参数设计方法和流程。此外，还提供了一个实际的设计实例以供参考。最后，通过实验结果验证了所提出方法和参数设计流程的有效性。实验结果表明，在复杂的实际应用场景中，一个临界的无源输出阻抗可能无法保证稳定性。因此，具有鲁棒无源输出阻抗的VSCs对于即插即用应用更为可靠，有助于推动可再生能源高渗透率的电力系统的发展。

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