《IEEE Open Journal of Power Electronics》：Theoretical Comparison of Current Limiting Algorithms in Grid-Forming Inverter in Terms of Transient Stability
编辑推荐：
针对高比例新能源电网中同步机被电网构建（GFM）逆变器替代后，故障限流策略可能诱发暂态失稳的难题，作者提出“等效虚拟阻抗（EVI）”统一指标，系统比较虚拟阻抗控制与电流参考饱和共七类算法，揭示负阻升压可显著拓宽稳定域，为限流策略选型提供量化依据。
论文解读
新能源浪潮下，大电网正经历“同步机退场、逆变器登台”的历史性换角。然而，这位新主角——电网构建（GFM）逆变器——虽能模拟同步机电压源行为，却在短路瞬间“手软”：硅基器件无法像旋转电机那样扛住数倍过流，必须主动限流。限流之后，内电势骤降、输出功率“跳水”，系统仿佛被抽走“加速能量”，暂态稳定边际瞬间收窄。更棘手的是，业界已有十余种限流算法，分属“虚拟阻抗控制”与“电流参考饱和”两大门派，各说各话，缺乏一把公平尺子衡量谁更稳。于是，一场关于“限流不失去稳定”的理论突围迫在眉睫。
DAI ORIHARA等研究者在本刊《IEEE Open Journal of Power Electronics》2025年第六卷发表的这篇文章，正是为破解上述困局而生。他们提出“等效虚拟阻抗（Equivalent Virtual Impedance, EVI）”这一统一度量——把任何一种限流行为都折算成在GFM内部电压源与并网点之间串入的一段虚拟阻抗，其阻抗压降恰好使输出电流被限制在设定值。借助EVI，七类算法首次被拉到同一阻抗维度“擂台”上，通过功率-角度曲线（PAC）看清谁把稳定边界推得更远。
为完成这场“算法奥运会”，作者搭建单机等值无穷大系统模型，采用虚拟同步机（VSM）作为GFM内核，保持内电势幅值恒定，仅通过运动方程调节相角。七类算法被逐一植入：虚拟阻抗控制门派下的电阻缩放（Type I-a）、电抗缩放（Type I-b）、R-X比例保持（Type I-c）；电流参考饱和门派下的d轴优先（Type II-a）、q轴优先（Type II-b）、d-q比例保持（Type II-c）与固定角度（Type II-d，φ=-1.59 rad优化值）。通过推导EVI解析式，结合PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真，验证理论预测与实测波形的一致性。
主要技术方法（≤250字）
基于VSM的GFM模型：保留内电势恒定假设，采用经典摇摆方程模拟惯量与阻尼。
EVI解析推导：对电流饱和类算法，反解虚拟阻抗矩阵，使内电势与限流后电流满足欧姆定律。
功率-角度曲线（PAC）绘制：将EVI代入功率表达式，得到P-δ曲线，读取不稳定平衡点以量化稳定裕度。
参数扫描：分别改变初始虚拟阻抗幅值|Zv|与相角arg(Zv)，观察EVI及PAC迁移规律。
PSCAD/EMTDC仿真：含AC滤波器、内环电流控制与虚拟阻抗控制器，验证200 ms金属性三相接地故障后频率是否发散。
研究结果
Ⅰ. EVI解析：限流算法被统一“翻译”为阻抗
Ⅱ. PAC对比：负阻升压=稳定“外挂”
q轴优先与固定角度（优化）因负阻抬升并网电压至1.18~1.43 pu，不稳定平衡点右移约30°，等效减速面积增大，暂态稳定最佳。
d轴优先与电阻缩放因正阻损耗，PAC在δd处陡降，不稳定平衡点紧贴稳定点，裕度最小，仿真中频率率先发散。
电抗缩放、R-X比例、d-q比例三者表现居中，PAC形状相似，属于“中庸”梯队。
Ⅲ. 初始虚拟阻抗的“隐藏剧本”
Ⅳ. 仿真验证：理论预测与波形“零时差”
结论与讨论
文章首次用EVI这把“统一尺子”量出：限流算法对GFM暂态稳定的影响，归根结底可归结为“阻抗语言”——谁能在限流时把虚拟电阻调到负值，谁就能借电压抬升之力，把不稳定平衡点推向更大功角，从而赢得更大的减速面积。该发现为工程选型提供了直白指南：若系统过电压耐受能力允许，优先采用q轴优先或优化固定角度限流；若电压裕度不足，则折衷考虑电抗缩放或R-X比例保持。未来，EVI框架可进一步扩展至内电势动态调整、多机系统以及不对称故障场景，成为GFM限流策略优化的“通用语法”。
