Critical Clearing Time Enhancement of Droop-Controlled Grid-Forming Inverters with Adaptive Function-Based Parameters

📄 arXiv: 2603.01831v1 📥 PDF

作者: Dewan Mahnaaz Mahmud, Vinu Thomas, Bogdan Marinescu, Mickaël Hilairet

分类: eess.SY

发布日期: 2026-03-02

备注: 5 pages, 7 figures

💡 一句话要点

提出基于自适应函数的下垂控制型构网逆变器暂态稳定增强方法

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 构网型逆变器 下垂控制 暂态稳定性 临界切除时间 自适应控制 可再生能源并网 电网稳定

📋 核心要点

  1. 构网型逆变器在可再生能源并网中作用关键，但其暂态稳定性受限流器影响，存在提升空间。
  2. 论文提出一种自适应函数，通过端电压调节有功功率参考和下垂增益，优化暂态过程。
  3. 实验结果表明，该方法能有效防止相角加速，延长临界切除时间，提升系统稳定性。

📝 摘要（中文）

随着可再生能源渗透率的提高，构网型（GFM）逆变器对于电压和频率调节至关重要。然而，GFM逆变器的暂态稳定性受到标准控制方案中嵌入的限流器的严重影响。本文提出了一种新颖的自适应函数，以增强下垂控制型GFM逆变器的暂态稳定性。所提出的方法基于逆变器的端电压自主地调整有功功率参考和下垂增益。此外，防止了相角加速度，从而最大限度地提高了临界切除时间（CCT）。该方法与两种最先进的GFM逆变器CCT增强方法进行了基准测试。通过MATLAB/Simulink®中的电磁暂态（EMT）仿真验证了该方法的有效性。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决下垂控制构网型逆变器在应对电网故障时，由于限流器动作导致的暂态稳定性问题。现有方法在提高临界切除时间（CCT）方面存在局限性，无法充分利用逆变器的动态能力，容易导致系统失稳。

核心思路：论文的核心思路是设计一个自适应函数，该函数能够根据逆变器端电压的变化，动态调整有功功率参考值和下垂增益。通过这种方式，逆变器能够更快地响应电网扰动，并防止相角加速度过快，从而提高系统的暂态稳定性。

技术框架：该方法主要包含以下几个模块：1) 电压测量模块，用于实时监测逆变器端电压；2) 自适应函数模块，根据电压变化计算有功功率参考值和下垂增益的调整量；3) 下垂控制模块，根据调整后的参数生成逆变器的控制信号；4) 限流器模块，用于保护逆变器免受过流损坏。整体流程是：电网发生扰动导致电压变化 -> 电压测量模块检测到电压变化 -> 自适应函数模块计算调整量 -> 下垂控制模块调整控制信号 -> 逆变器响应扰动。

关键创新：该方法最重要的创新点在于自适应函数的引入。该函数能够根据实际运行状态动态调整控制参数，而不是采用固定的参数。这种自适应性使得逆变器能够更好地适应不同的电网条件和扰动类型，从而提高系统的鲁棒性和稳定性。与现有方法相比，该方法能够更有效地防止相角加速度过快，从而延长临界切除时间。

关键设计：自适应函数的设计是关键。具体而言，该函数需要根据电压偏差的大小和方向，合理地调整有功功率参考值和下垂增益。例如，当电压下降时，可以适当降低有功功率参考值，并增大下垂增益，以提高逆变器的支撑能力。此外，还需要考虑限流器的影响，避免因参数调整导致逆变器过流。具体的函数形式和参数需要根据实际系统进行优化。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

通过MATLAB/Simulink电磁暂态仿真验证了所提出方法的有效性。实验结果表明，与两种现有的CCT增强方法相比，该方法能够显著提高临界切除时间，从而增强系统的暂态稳定性。具体的性能提升数据需要在论文中查找，例如CCT提升的百分比。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于大规模可再生能源并网系统，提高电网的稳定性和可靠性。尤其是在弱电网或孤岛电网中，构网型逆变器的稳定运行至关重要。该方法能够增强逆变器在应对电网故障时的适应能力，降低系统失稳的风险，促进可再生能源的广泛应用。

📄 摘要（原文）

With the increasing penetration of renewable energy sources, grid-forming (GFM) inverters are becoming essential for voltage and frequency regulation. However, the transient stability of GFM inverter is critically affected by the current limiters that are embedded with the standard control schemes. This paper proposes a novel adaptive function to enhance the transient stability of droop-controlled GFM inverters. The proposed method autonomously adjusts the active power reference and the droop gain based on the terminal voltage of the inverter. Also, the acceleration of the phase angle is prevented, leading to the maximization of critical clearing time (CCT). The proposed method is benchmarked against two state-of-the-art GFM inverter CCT enhancement methods. Effectiveness of the proposed method is validated through electromagnetic transient (EMT) simulations in MATLAB/Simulink\textsuperscript{\textregistered}.