考慮故障限流的下垂控制型逆變器暫態控制策略

葛平娟 肖 凡 涂春鳴 陳樂祺 周 達

考慮故障限流的下垂控制型逆變器暫態控制策略

葛平娟1肖 凡1涂春鳴1陳樂祺1周 達2

（1. 湖南大學國家電能變換與控制工程技術研究中心 長沙 410082 2. 江蘇省電力有限公司營銷服務中心 南京 210019）

下垂控制型逆變器能夠為電網提供電壓與頻率支撐，其安全穩定運行對電網意義重大。然而，在故障工況下，下垂控制型逆變器面臨功角失穩與過電流問題，這嚴重威脅了下垂控制型逆變器的安全運行。目前的研究往往將功角控制與故障電流控制作為兩個獨立問題進行解決，鮮有研究兼顧功角控制與故障電流控制對下垂控制型逆變器展開綜合調控。基于此，首先，對下垂控制型逆變器暫態特性展開分析，詳細闡述電流限幅環節與無功-電壓環路對逆變器暫態特性的影響。接著，提出兼顧故障限流與功角穩定性的下垂控制型逆變器暫態控制方法。所提方法綜合考慮故障期間電網電壓與逆變器端電壓的變化，通過對有功-頻率環路的優化調控實現功角穩定控制。此外，在功角控制的基礎上，改進無功-電壓環路控制實現故障電流的有效抑制。最后，通過仿真與實驗驗證了該文所提方法的有效性。

下垂控制型逆變器 暫態特性分析 故障限流 暫態控制

0 引言

隨著可再生能源發電的發展，以風電、光伏為代表的分布式電源大量并入電網[1-2]。電力電子變換器作為新能源并網的接口，其安全穩定運行對新能源可靠并網意義重大[3-5]。

現有的逆變器分為電網跟隨型[6-7]、電網組建型及電網支撐型[8-11]三大類。下垂控制型逆變器作為一種電網支撐型逆變器，其具備有功-頻率與無功-電壓下垂特性，能夠為系統提供電壓頻率支撐[12-13]，廣泛應用于新能源并網。然而，分布式電源一般分布于故障頻發的配電網末端[14-15]或魯棒性較差的弱電網[16-17]。因此，逆變器的暫、穩態運行穩定性問題成為當前研究熱點。

當故障發生時，下垂控制型逆變器的穩定運行受到威脅，主要表現在兩個方面：一方面，在故障工況下，下垂控制型逆變器存在與傳統同步發電機（Synchronous Generator, SG）類似的暫態同步失穩問題[18-20]；另一方面，下垂控制型逆變器作為一種電力電子裝備，其承受大電流能力較差，電網發生故障時，下垂控制型逆變器會出現因過電流而燒毀的問題。然而，隨著電力系統中分布式電源滲透率逐漸提升，下垂控制型逆變器被要求具備一定的故障魯棒性能，在一定情況下可以繼續為電網提供必要的電壓頻率支撐[21]。因此，深入分析下垂控制型逆變器在電網故障下的暫態特性，并研究其在故障下的暫態穩定性能提升方法具有重要意義。

目前，針對下垂控制型逆變器在故障工況下的研究主要包含暫態功角控制與故障電流控制兩方面。在暫態功角控制方面，文獻[22]對下垂控制型逆變器與SG展開對比分析，結果證明下垂控制型逆變器有功環路的一階特性使其暫態性能優于SG，但該文在進行暫態分析時忽略了下垂控制型逆變器故障電流的問題。文獻[18]以暫態過程存在功率平衡點為控制目標，對下垂控制型逆變器進行調控，實現其在故障過程中的暫態穩定，但在暫態分析過程中忽視了無功環路的影響。文獻[23]利用相平面法對四種不同控制類型的電壓型逆變器穩定性展開對比分析，為下垂控制型逆變器暫態控制提供指導。在故障電流控制方面，文獻[24]采取控制模式切換的方法對逆變器進行控制，在故障期間將逆變器由電壓型控制切換為電流型，實現了故障電流的有效調控，但故障過程中逆變器不能為電網提供電壓支撐且模式切換時存在過電壓問題。文獻[25]分析故障限流對逆變器暫態穩定性能的影響，研究發現，某些限流方式會降低逆變器的暫態穩定性能，進而導致暫態失穩現象發生。為進一步分析電流限幅對系統穩定性能的影響，文獻[18, 26-27]提出虛擬功角的概念，并基于虛擬功角闡述了限流環節對逆變器暫態功角影響機理。功角穩定與故障電流限制是下垂控制型逆變器穩定運行不可或缺的兩個重要因素。此外，不恰當的限流措施會惡化逆變器功角穩定性，因此對下垂控制型逆變器進行暫態控制時，應兼顧功角穩定與故障電流控制。

基于此，首先，本文對下垂控制型逆變器的暫態特性展開研究，分析無功-電壓環路與故障限流控制對下垂控制型逆變器暫態穩定性能的影響，為下垂控制型逆變器暫態控制提供指導；其次，本文提出一種兼顧暫態功角穩定與故障電流限制的下垂控制型逆變器暫態控制策略，通過對有功-頻率環路與無功-電壓環路的優化控制，保證故障期間下垂控制型逆變器的安全穩定運行；最后，結合仿真與實驗結果證明所提控制策略的正確性和有效性。

1 下垂控制型逆變器基本控制

下垂控制型逆變器的有功-頻率、無功-電壓控制方程分別為

圖1 下垂控制型逆變器的主電路和控制結構

下垂控制型逆變器向電網輸送的有功功率和無功功率分別為

2 下垂控制型逆變器暫態特性

2.1 暫態功角特性

現有研究證明，下垂控制型逆變器輸出有功功率中含有正弦函數項使其具有非線性特征，一旦故障發生，下垂控制型逆變器會表現出與SG類似的暫態功角特性[20]。但由于下垂控制型逆變器不具有慣性，因而其功角動態特性也與SG存在一定差異。下面對下垂控制型逆變器暫態功角特性展開詳細分析。

圖2 下垂控制型逆變器功角曲線與δ-t曲線

圖2b為故障過程中不存在故障平衡點。逆變器首先運行在A點，故障發生后，由于不存在功率平衡點，下垂控制型逆變器功角不斷增大，最后失穩。

2.2 無功環對暫態穩定性能影響

結合式（2）與式（4），可以得到下垂控制型逆變器電壓指令值為

結合式（1）～式（3）以及式（6）可以得到

根據式（7）繪制不同kq的下垂控制型逆變器相平面如圖3所示。圖中，隨著kq減小，下垂控制型逆變器由暫態穩定變為暫態失穩。這是由于故障發生后，下垂控制型逆變器端電壓與電網電壓之間差值增大，導致逆變器輸出無功功率增加。根據式（2），由于無功環路下垂特性，逆變器端電壓下降。根據式（3），下垂控制型逆變器輸出有功功率隨逆變器端電壓下降而減小，這進一步加劇了逆變器輸入輸出有功功率不平衡程度，惡化下垂控制型逆變器的暫態穩定性能。kq越小，逆變器的無功-電壓下垂特征越顯著。因此，隨著kq減小，逆變器由暫態穩定變為暫態失穩。基于以上分析可知，暫態控制時必須考慮無功-電壓環路的影響。

電網電壓跌落至0.35(pu)時，不同k的下垂控制型逆變器波形如圖4所示。圖4a為k=2 000A時的波形，故障期間逆變器端電壓跌落至0.88(pu)，暫態功角增加至4.8(pu)，但下垂控制型逆變器依然可以維持暫態穩定。圖4b為k=500A時的波形，故障期間，下垂控制型逆變器暫態失穩，導致暫態功角及端電壓周期振蕩。仿真結果與理論分析相吻合，證明k減小將惡化逆變器暫態性能，無功-電壓環路對下垂控制型逆變器功角穩定性的影響不可忽視。

圖4 不同kq的下垂控制型逆變器波形

2.3 電流限幅對暫態穩定性能影響

以電網電壓相位為基準，則逆變器端電壓與電網電壓之間的相位差（功角）即逆變器端電壓的相位。下垂控制型逆變器的電壓、電流滿足電路方程

由式（8）得到逆變器故障電流為

式中，下標F為故障過程中相應變量的值。

下垂控制型逆變器的電壓電流相量如圖5所示。圖中，實線和虛線分別表示正常工況和故障工況。

圖5a中的虛線表示故障過程中系統存在功率平衡點的情況。此時，故障電流維持恒定，其幅值大小取決于逆變器與電網之間電壓差。圖5b中虛線表示故障期間系統不存在功率平衡點的情況。此時，故障電流不斷增加，最終失去控制。

圖5 故障前后電壓電流相量

由于逆變器過電流能力較弱，因此需對故障電流進行控制。當逆變器參考電流超過安全閾值時，電流限幅環節作用，此時下垂控制型逆變器輸出電流幅值為limit。一般而言，limit=1.5N。電流限幅前，下垂控制型逆變器的虛擬功角與功角相等；電流限幅后下垂控制型逆變器受限幅環節影響而出現偏離虛擬功角的情況[18, 26-27]。

限幅環節作用后，下垂控制型逆變器輸出有功功率為

根據式（3）與式（10）得到限流前后下垂控制型逆變器虛擬功角曲線如圖6所示。圖6a中，由于故障期間存在功率平衡點，下垂控制型逆變器運行點由A跳變為M點后沿功角曲線運行至N后實現暫態穩定。圖6b中，考慮電流限幅環節作用，逆變器輸出有功功率由于輸出電流受限而降低，進而導致故障期間不存在功率平衡點，系統暫態失穩。

圖6 電流限幅前后下垂控制型逆變器虛擬功角曲線

電網電壓跌落至0.35(pu)時，故障電流限幅前后下垂控制型逆變器波形如圖7所示。圖7a為故障電流限幅前的波形，圖中故障電流達到2.94(pu)，但逆變器虛擬功角（功角）暫態穩定。圖7b為加入電流限幅環節的波形，圖中故障電流被限制在1.50(pu)，但虛擬功角穩定性無法保證，下垂控制型逆變器暫態穩定性能受到影響。仿真結果與理論分析相吻合，證明現有電流限幅控制對下垂控制型逆變器暫態穩定性的影響不可忽視。因此，暫態控制時必須同時考慮暫態穩定性能與故障電流控制。

圖7 電流限幅前后的下垂控制型逆變器波形

3 下垂控制型逆變器暫態控制策略

下垂控制型逆變器具備有功-頻率與無功-電壓下垂特性，能夠在故障期間為電網提供電壓與頻率支撐。此外，下垂控制型逆變器有功環路的一階特性賦予其獨特的暫態特征。相較于有功環路為二階特性的虛擬同步發電機（或者SG），下垂控制型逆變器在故障切除后無需減速面積，只需暫態期間存在功率平衡點即能恢復暫態穩定。因而，從某些方面而言，下垂控制型逆變器故障魯棒性能優于虛擬同步發電機（或者SG）[22]。因而，有必要對下垂控制型逆變器加以控制，進一步優化其暫態性能。

本文所提故障電流調控方法為主動控制，調控過程中虛擬功角與實際功角相等，因此后文統稱為功角。由第2節分析可知：功角暫態失穩與逆變器有功功率輸入輸出不平衡有關，故障電流大小取決于逆變器與電網之間電壓向量差。基于此，本節提出了考慮功角穩定與故障電流限制的下垂控制型逆變器暫態控制方法。通過有功-頻率和無功-電壓環路的優化設計，實現暫態功角與故障電流有效控制。

3.1 暫態功角控制

由2.1節與2.2節分析可知，電網電壓與下垂控制型逆變器端電壓的跌落導致逆變器輸出有功功率偏離參考值。基于此，本節提出一種綜合考慮電網電壓與逆變器端電壓變化的暫態功角控制方法。

基于以上分析，暫態功角控制可以通過調整有功功率指令值來實現。調整規則如下

圖8 功角控制后下垂控制型逆變器功角曲線

圖9 功角控制前后系統相量

3.2 短路電流控制

根據3.1節可知，功角控制能夠在一定程度上限制故障電流。但當故障比較嚴重時，僅通過功角控制不能完全保證故障電流滿足逆變器安全要求。因此，本節在功角控制的基礎上，通過對無功-電壓環路的優化調控來實現故障電流的進一步控制。

無功環調整前后電壓電流相量如圖10所示。從圖10中看出，在電網電壓幅值與功角一定的情況下，下垂控制型逆變器輸出電流由其端電壓幅值決定。由于電壓-電流內環帶寬較大，下垂控制型逆變器端電壓能夠快速地跟蹤電壓指令值。因此，通過功率回路的優化設計，合理控制參考電壓，可以實現對故障電流的抑制。

圖10 無功環調整前后電壓電流相量

根據圖10，正常工況時下垂控制型逆變器端電壓、輸出電流與功角之間滿足

綜合式（14）與式（15），令gF=gN，得到故障電流與電壓指令值滿足

其中

通過調整電壓指令值，可將故障電流控制在安全范圍內。將gF=limit=1.5gN代入式（16），得到

3.3 暫態控制流程與方案

暫態控制框圖如圖11所示。圖11a為暫態控制流程。首先，對電網電壓與逆變器輸出電流進行實時監測。當電網電壓波動達到閾值時，暫態控制投入運行，通過有功-頻率環路的優化設計保證功角穩定性。同時，當故障電流超過閾值時，通過無功-電壓環路的優化設計，實現故障電流的有效控制。

圖11 暫態控制框圖

圖11b為暫態控制方案。暫態控制分為暫態功角控制和故障電流限制兩部分。功角控制由有功-頻率控制環通過式（12）和式（13）實現；故障電流限制由無功-電壓控制環通過式（18）實現。通過對下垂控制型逆變器功率控制環的優化調控，保證下垂控制型逆變器功角暫態穩定的同時故障電流不越限，實現故障工況下的安全穩定運行。值得一提的是，傳統直接限幅的方法會導致實際功角偏離虛擬功角的情況。而本文中的電流控制策略為主動控制方法，在故障過程中下垂控制型逆變器的實際功角與虛擬功角相等。

4 仿真分析與實驗驗證

4.1 仿真分析

為驗證本文暫態控制策略的有效性，在Matlab/ Simulink中搭建如圖1所示的下垂控制型逆變器并網仿真模型，主要仿真參數見表1。逆變器首先運行在穩定狀態，1s時電網發生短路故障，故障持續2s。下面分兩種工況電網電壓跌落至0.4(pu)與0.2(pu)對不同控制策略下的下垂控制型逆變器進行仿真。

電網電壓跌落至0.4(pu)時的下垂控制型逆變器波形如圖12所示。圖12a為傳統下垂逆變波形，圖中傳統下垂控制型逆變器暫態穩定，故障期間功角維持在2.87(pu)，但故障期間電流增加至2.61(pu)，超過安全范圍，不利于逆變器的安全運行；此外，逆變器端電壓受無功-電壓下垂關系影響降至0.75(pu)。圖12b為加入功角控制后的下垂控制型逆變器波形，圖中，有功功率參考值在故障期間動態調整，下垂控制型逆變器暫態功角維持在額定值附近，故障電流減小至1.62(pu)，但仍超出安全范圍。同時，由于有功功率參考值調整，故障期間逆變器輸出有功功率減小。圖12c為加入功角與故障電流綜合控制后的下垂控制型逆變器波形，圖中下垂控制型逆變器暫態功角維持在額定值附近，故障電流被限制在1.5(pu)，滿足安全運行條件。此外，下垂控制型逆變器端電壓被控制在0.79(pu)，有功功率參考值隨電網電壓與逆變器端電壓的變化動態調整；值得一提的是，故障期間下垂控制型逆變器輸出無功功率增加，有利于故障點電壓恢復。

表1 仿真參數

Tab.1 Simulation parameters

電網電壓跌落至0.2(pu)時的下垂控制型逆變器波形如圖13所示。圖13a為傳統下垂逆變波形，圖中傳統下垂控制型逆變器在故障期間失去穩定性，功角、電流等電氣量周期振蕩。圖13b為加入功角控制后的下垂控制型逆變器波形，圖中暫態功角在故障期間維持額定值，下垂控制型逆變器暫態穩定。但故障電流達到2.03(pu)，威脅逆變器的安全運行。圖13c為加入功角與故障電流綜合控制后下垂控制型逆變器波形，圖中下垂控制型逆變器暫態功角維持在額定值附近，故障電流被限制在1.5(pu)，滿足安全運行需求。

圖13 電網電壓0.2(pu)的下垂控制型逆變器仿真波形

4.2 實驗分析

為進一步驗證本文所提暫態控制策略的有效性，搭建實驗平臺進行相應實驗。其中，實驗工況及控制參數與仿真部分保持一致。

圖14為電網電壓跌落至0.4(pu)時不同控制策略下的下垂控制型逆變器實驗波形。從圖中看出，傳統下垂控制型逆變器在故障期間雖然能夠暫態穩定，但故障電流超過安全閾值，無法保證逆變器安全運行。加入功角與電流綜合控制后，逆變器功角與故障電流得到有效抑制。實驗結果與仿真及分析結果相吻合，表明本文所提方法具有較好的控制效果。

圖15為電網電壓跌落至0.2(pu)時不同控制策略下的下垂控制型逆變器實驗波形。圖中傳統下垂控制型逆變器在故障期間暫態失穩。加入功角與電流綜合控制后，下垂控制型逆變器能夠實現暫態穩定運行，故障電流被控制在1.5(pu)。實驗結果與仿真及分析結果相吻合，表明本文所提方法具備較好的控制效果。

5 結論

本文通過對下垂控制型逆變器暫態特性進行分析，提出一種兼顧功角穩定與故障電流控制的暫態調控方法，并通過仿真與實驗得出以下結論：

1）故障期間下垂控制型逆變器的暫態功角失穩與有功功率輸入輸出不平衡有關；故障電流大小與逆變器及電網之間的電壓相量差有關。

2）本文所提暫態控制策略同時兼顧暫態功角與故障電流。通過有功-頻率環路的優化控制實現暫態功角有效控制。在暫態功角控制的基礎上，通過無功-電壓環路的優化控制實現故障電流的有效控制。

3）使用本文所提暫態控制策略后，下垂控制型逆變器可以在故障期間向電網注入一定量的無功功率，以支撐電網電壓。

[1] 陳國平, 李明節, 許濤, 等. 關于新能源發展的技術瓶頸研究[J]. 中國電機工程學報, 2017, 37(1): 20-27.

Chen Guoping, Li Mingjie, Xu Tao, et al. Study on technical bottleneck of new energy development[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(1): 20-27.

[2] 鐘慶昌, 霍爾尼克. 新能源接入智能電網的逆變控制關鍵技術[M]. 北京: 機械工業出版社, 2016.

[3] 肖湘寧. 新一代電網中多源多變換復雜交直流系統的基礎問題[J]. 電工技術學報, 2015, 30(15): 1-14.

Xiao Xiangning. Basic problems of the new complex AC-DC power grid with multiple energy resources and multiple conversions[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(15): 1-14.

[4] 王成山, 王守相. 分布式發電供能系統若干問題研究[J]. 電力系統自動化, 2008, 32(20): 1-4.

Wang Chengshan, Wang Shouxiang. Study on some key problems related to distributed generation systems[J]. Automation of Electric Power Systems, 2008, 32(20): 1-4.

[5] 曾正, 趙榮祥, 湯勝清, 等. 可再生能源分散接入用先進并網逆變器研究綜述[J]. 中國電機工程學報, 2013, 33(24): 1-12.

Zeng Zheng, Zhao Rongxiang, Tang Shengqing, et al. An overview on advanced grid-connected inverters used for decentralized renewable energy resources[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(24): 1-12.

[6] Rocabert J, Luna A, Blaabjerg F, et al. Control of power converters in AC microgrids[J]. IEEE Transa- ctions on Power Electronics, 2012, 27(11): 4734- 4749.

[7] Milano F, D?rfler F, Hug G, et al. Foundations and challenges of low-inertia systems[C]//Power Systems Computation Conference, Dublin, 2018, DOI: 10.23919/ PSCC.2018.8450880.

[8] Elkhatib M E, Du W, Lasseter R H. Evaluation of inverter-based grid frequency support using frequency- watt and grid-forming PV inverters[C]//IEEE Power & Energy Society General Meeting, Portland, 2018, DOI: 10.1109/PESGM.2018.8585958.

[9] Markovic U, Stanojev O, Aristidou P, et al. Partial grid forming concept for 100% inverter-based trans- mission systems[C]//IEEE Power Energy Soc. General Meeting, Portland, 2018, DOI: 10.1109/PESGM.2018. 8586114.

[10] 姜靜雅, 王瑋, 吳學智, 等. 基于自適應無功功率補償的虛擬同步機功率解耦策略[J]. 電工技術學報, 2020, 35(13): 2747-2756.

Jiang Jingya, Wang Wei, Wu Xuezhi, et al. Power decoupling strategy in virtual synchronous generator based on adaptive reactive power compensation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2747-2756.

[11] 王曉寰, 張旭東, 郭紅強, 等. 基于相位簇擾動的下垂控制并網逆變器孤島檢測[J]. 電工技術學報, 2020, 35(8): 1728-1738.

Wang Xiaohuan, Zhang Xudong, Guo Hongqiang, et al. Islanding detection of droop-controlled grid- connected inverters on phase cluster disturbance[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(8): 1728-1738.

[12] Arani M F M, Mohamed Y A I. Analysis and impacts of implementing droop control in DFIG-based wind turbines on microgrid/weak-grid stability[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2015, 30(1): 385-396.

[13] Brabandere K D, Bolsens B, Keybus J V D, et al. A voltage and frequency droop control method for parallel inverters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2007, 22(4): 1107-1115.

[14] 張健磊, 高湛軍, 陳明, 等. 考慮復故障的有源配電網故障定位方法[J]. 電工技術學報, 2021, 36(11): 2265-2276.

Zhang Jianlei, Gao Zhanjun, Chen Ming, et al. Fault location method for active distribution networks considering combination faults[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(11): 2265- 2276.

[15] 劉彥超. 含分布式電源配電網的快速故障區段定位[J]. 電氣技術, 2017, 18(9): 61-65, 71.

Liu Yanchao. Fast fault section locating for distri- bution network with distributed generations[J]. Electrical Engineering, 2017, 18(9): 61-65, 71.

[16] Geng Hua, Liu Cong, Yang Geng. LVRT capability of DFIG-based WECS under asymmetrical grid fault condition[J]. IEEE Transactions on Industrial Elec- tronics, 2013, 60(6): 2495-2509.

[17] Alam M R, Muttaqi K M, Bouzerdoum A. Characteri- zing voltage sags and swells using three-phase voltage ellipse parameters[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2015, 51(4): 2780-2790.

[18] 章雷其, 黃林彬, 黃偉, 等. 提高下垂控制逆變器虛擬功角暫態穩定性的控制方法[J]. 電力系統自動化, 2017, 41(12): 56-62, 99.

Zhang Leiqi, Huang Linbin, Huang Wei, et al. Control methods for improving virtual power angle transient stability of droop-controlled inverters[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(12): 56-62, 99.

[19] D'Arco S, Suul J A. Equivalence of virtual syn- chronous machines and frequency-droops for converter- based microgrids[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2014, 5(1): 394-395.

[20] Simpson-Porco J W, Drfler F, Bullo F. Synchroni- zation and power sharing for droop-controlled inverters in islanded microgrids[J]. Automatica, 2012, 49(9): 2603-2611.

[21] Rodriguez P, Timbus A V, Teodorescu R, et al. Flexible active power control of distributed power generation systems during grid faults[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2007, 54(5): 2583-2592.

[22] Wu Heng, Wang Xiongfei. Design-oriented transient stability analysis of grid-connected converters with power synchronization control[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2019, 66(8): 6473-6482.

[23] Pan Donghua, Wang Xiongfei, Liu Fangcheng, et al. Transient stability of voltage-source converters with grid-forming control: a design-oriented study[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2020, 8(2): 1019-1033.

[24] Oureilidis K O, Demoulias C S. A fault clearing method in converter-dominated microgrids with conventional protection means[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, 31(6): 4628-4640.

[25] Paquette A D, Divan D M. Virtual impedance current limiting for inverters in microgrids with synchronous generators[J]. IEEE Transactions on Industry Appli- cations, 2014, 51(2): 1630-1638.

[26] 黃林彬, 章雷其, 辛煥海, 等. 下垂控制逆變器的虛擬功角穩定機理分析[J]. 電力系統自動化, 2016, 40(12): 117-123, 150.

Huang Linbin, Zhang Leiqi, Xin Huanhai, et al. Mechanism analysis of virtual power angle stability in droop-controlled inverters[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(12): 117-123, 150.

[27] Huang Linbin, Xin Huanhai, Wang Zhen, et al. Transient stability analysis and control design of droop-controlled voltage source converters con- sidering current limitation[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2019, 10(1): 578-591.

Transient Control Strategy of Droop-Controlled Inverter Considering Fault Current Limitation

11112

（1. National Electric Power Conversion and Control Engineering Technology Research Center Hunan University Changsha 410082 China 2. State Grid Jiangsu Electric Power Co. Ltd Nanjing 210019 China）

The droop-controlled inverter can provide voltage and frequency support for the power grid, and its transient stability is important. However, the stability of power angle and fault current affects the safe operation of the droop-controlled inverter under fault conditions. In this paper, the transient characteristics of the droop-controlled inverter are analyzed, and the influence of current limiter andloop on the transient characteristics of the inverter is described in detail. Accordingly, this paper proposes a transient control method for the droop-controlled inverter which takes into account both fault current limitation and power angle stability. The proposed method considers the variation of the grid voltage and the output voltage of the inverter during the fault period and realizes the power angle stability of the inverter by adjusting the active power reference. In addition, the fault current can be effectively suppressed by the optimal control of thecontrol loop. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by simulation and experiment.

Droop-controlled inverter, transient stability analysis, fault current limitation, transient control strategy

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211118

TM464

國家自然科學基金面上項目（52077072）和國家自然科學基金青年項目（51907057）資助。

2021-07-21

2021-11-19

葛平娟 女，1996年生，博士研究生，研究方向為分布式發電與電力電子技術。E-mail: pingjuan_ge@163.com

肖 凡 男，1988年生，副研究員，研究方向為電力電子在電力系統中的應用。E-mail: woliaokk123@126.com（通信作者）

（編輯 陳 誠）