《Protection and Control of Modern Power Systems》：Transient Stability Analysis and Coordinated Control Strategy of DC-Link Voltage for PLL-Based Grid-Connected DFIG System During Asymmetrical Grid Faults
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本文针对不对称电网故障下基于锁相环(PLL)的并网双馈感应发电机(DFIG)系统直流母线电压(DCV)暂态失稳问题，开展了DCV非线性大信号建模、暂态稳定(TS)机理分析和协调控制策略研究。研究人员通过建立计及正负序(PNS)耦合特性的DCV控制时间尺度模型，揭示了PLL控制特性与功率协调控制对DCV暂态稳定性的影响机制，并提出通过转子侧变流器(RSC)与网侧变流器(GSC)功率协调的改进控制策略。仿真和实验结果表明，所提策略能有效提升系统在不对称故障下的暂态稳定水平，对保障高比例新能源电网安全运行具有重要意义。
随着风电等可再生能源在全球范围内的快速发展，基于双馈感应发电机（DFIG）的风电场已成为现代电力系统的重要组成部分。然而，这些风电场多位于电网末端，易受不对称负载或短路故障引起的电压不对称跌落影响。对于直接并网的DFIG系统而言，其锁相环（PLL）控制系统在电网故障时容易出现转子过流、直流母线电压（DCV）波动甚至失步等问题，严重威胁电网安全稳定运行。特别是在不对称故障条件下，电网电压中同时存在正序（PS）和负序（NS）分量，且正负序网络相互耦合，使得DCV的暂态特性远比对称故障时复杂。现有研究多集中于对称故障工况，对不对称故障下DCV的暂态稳定（TS）机制及其控制策略的研究尚不充分。
为深入探究这一问题，罗毅等人在《Protection and Control of Modern Power Systems》发表了题为“Transient Stability Analysis and Coordinated Control Strategy of DC-link Voltage for PLL-based Grid-connected DFIG System During Asymmetrical Grid Faults”的研究论文。该研究通过建立DCV控制时间尺度下的非线性大信号模型，系统分析了DCV在不对称电网故障下的暂态特性，揭示了其失稳机理，并提出了一种有效的协调控制策略。
研究人员主要采用了非线性动态建模、相轨迹分析、能量函数法和协调控制策略设计等关键技术方法。通过建立包含正负序耦合特性的DFIG系统大信号模型，利用相轨迹图直观展示了不同参数对DCV暂态行为的影响，并基于能量函数理论揭示了DCV的暂态稳定机制。研究还结合最新电网规范要求，设计了转子侧变流器（RSC）与网侧变流器（GSC）的功率协调控制策略。
DCV控制时间尺度的建模分析
研究首先建立了不对称故障下DFIG系统在正负序同步旋转坐标系（dq±）下的双序同步大信号模型。通过忽略内环电流动态特性，聚焦于DCV的慢动态过程，推导出包含等效阻尼功率、等效静态稳定功率和等效动态稳定功率的DCV动态方程。该模型清晰揭示了PLL控制特性与RSC-GSC功率协调控制对DCV暂态行为的耦合影响机制。
DCV暂态稳定机理研究
通过相轨迹分析和能量函数方法，研究发现DCV的暂态失稳主要与正负序PLL的控制特性密切相关。当正序或负序PLL无法准确跟踪电网电压时，等效动态稳定功率Pdo无法消除，导致DCV失稳。同时，DCV的稳定水平主要由RSC与GSC之间的功率协调控制特性决定。能量分析表明，系统存在两种典型的DCV失稳模式：当δ+或δ-单调增加时，若ΔE<0，直流电容释放动能补偿能量缺额，导致DCV持续下降；反之则导致DCV持续上升。
协调控制策略设计与验证
基于上述机理分析，研究提出了一种改进的DCV暂态稳定协调控制策略。该策略通过优化分配RSC和GSC的正负序有功和无功电流参考值，实现了故障期间功率的平衡协调。具体而言，根据电网规范要求确定正负序无功电流参考值，同时通过协调控制保证系统平衡点的存在，使DCV能够快速恢复稳定。当转子电流超过限值时，策略会自动调整负序电流参考值以消除定子磁链中的负序分量，防止转子过电压。
仿真和实验结果表明，所提控制策略在不同程度的不对称电网故障（包括两相接地故障、单相接地故障和相间故障）下均能有效提升DCV的暂态稳定性。与传统控制策略相比，新策略使DCV和PLL输出频率更快地恢复稳定，正负序等效功率角更接近零，显著提高了系统的暂态稳定裕度。
本研究通过建立精确的DCV暂态模型，深入揭示了不对称电网故障下DFIG系统DCV的失稳机理，并提出了有效的协调控制策略。研究结果表明，DCV的暂态稳定性不仅取决于PLL的控制性能，更与RSC和GSC之间的功率协调控制密切相关。所提出的控制策略通过优化正负序电流分配，显著提升了系统在不对称故障条件下的暂态稳定水平，为高比例新能源接入下电网的安全稳定运行提供了重要技术支撑。这一研究成果对指导风电场低电压穿越控制策略设计、提高电力系统稳定性具有重要理论和实践意义。
