在未来低惯量电网中，用于并网型逆变器的匹配控制的可行性评估

《Scientific Reports》：Viability assessment of matching control for grid-forming inverters in future low-inertia grids

　　

摘要

本文研究了在不同电网强度下，匹配控制型并网逆变器在电力系统中的运行可行性。通过结合小信号分析和电磁暂态分析，研究了在符合IEEE Std. 2800–2022标准的典型干扰场景下逆变器与电网的稳定性机制。基于17状态状态空间模型的小信号分析表明，匹配控制能够在直流链路电压状态和相位角状态之间分配动态变化，从而在电网强度降低时提供内在的能量平衡机制。在稳定运行区域内进行适当的调节，可以得到一个名义匹配增益，该增益对应于标称频率与标称直流链路电压的比率，并且位于通过小信号扫描确定的阻尼良好的稳定运行区域内。电压环和电流环的前馈增益分别为0.7和0.8。IEEE 9节点系统的仿真结果表明，匹配控制可以稳定住0.9 p.u.的严重负载阶跃事件，而基准降压配置即使采取了辅助措施也会达到其稳定性极限。匹配控制将直流链路电压的偏差限制在约2%以内，恢复时间为0.15秒，并且不会出现持续的振荡。在可再生能源渗透率为80%的IEEE 39节点系统中的额外验证也证实了这些稳定性特性在更大规模的网络中仍然存在。这些结果表明，匹配控制存在特定于架构的权衡：在能量严重不平衡的情况下，匹配控制可以扩大系统的稳定性裕度（此时降压控制已接近其稳定性极限）；而在中等干扰和大规模故障条件下，则会导致更大的频率波动和较小的阻尼效应。