将并网逆变器的控制回路可视化为不同序域视角下的等效电路模型，从电路角度揭示锁相环引入负电阻并导致并网逆变器振荡失稳的机理。在此基础上，提出有源阻尼控制的设计依据，并对不同类型有源阻尼控制的电路特性和稳定性提升能力进行对比分析。

研究背景

风电、光伏为主的新能源快速发展的同时也引发了一系列新型宽频振荡问题，成为构建新型电力系统的关键技术挑战之一。并网逆变器是新能源发电系统与电网的功率接口，也是构成直流微电网的关键装备，其动态特性对并网稳定性具有较大影响。

论文所解决的问题及意义

针对并网逆变器的振荡稳定性分析和有源阻尼控制已有大量研究，但主要针对特定频段振荡的分析与抑制，且多基于状态空间模型或阻抗模型，尚缺少能够直观反映不同控制环节作用机制的分析方法和系统性的有源阻尼控制设计方法。

为此，本文研究一种基于电路模型的并网逆变器振荡稳定性分析方法，将控制回路可视化为不同序域视角下的电路模型，从电路角度揭示了并网逆变器振荡失稳的机理。论文研究成果有助于读者从物理电路本质理解并网逆变器不同控制环节交互失稳的机制，并为高校科研人员和工业界同行设计有源阻尼控制提供指导。

读者可参考本文的研究思路对构网型变流器、考虑机侧系统的直驱风机、双馈风机、储能、柔直MMC等电力电子设备进行电路等效，从而进行振荡稳定性分析，有助于解决新能源电力系统中高比例电力电子设备接入引发的宽频振荡问题。

论文方法及创新点

本文将并网逆变器的电流内环、锁相环、电压前馈、解耦项等控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗，基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理。在电路等效模型的基础上，提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法，并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。

图1 并网逆变器在dq域的等效电路示意图

结论

本文建立了并网逆变器控制器的等效电路模型，揭示了并网逆变器接入弱电网条件下负电阻的产生机制，基于此提出了有源阻尼稳定控制的设计原则。得到的主要结论如下：

1、并网逆变器的电流内环与锁相环交互是q轴等效电路形成负电阻的根本原因，进而导致传统序阻抗在基频附近呈现负电阻特性，在弱电网条件下负电阻特性加剧，易出现次/超同步振荡风险。

2、根据锁相环与电流内环交互形成的电路模型可知，q轴等效电路出现的负电阻中，锁相环决定了负电阻是否存在并影响其覆盖频段，电流内环的积分系数则主要影响负电阻的大小。

3、基于电路模型进行有源阻尼控制参数设计时，增强有源阻尼控制的电感特性可以等效降低电流内环的积分系数对负电阻的灵敏度，进而起到增强系统稳定性的作用。

4、带通/带阻滤波器有利于减小特定频段的负电阻，低通滤波器有利于抑制高频段振荡，高通滤波器有利于抑制低频段振荡。参数相同情况下，阻抗-高通滤波器型有源阻尼对次/超同步振荡的抑制效果更优，且能够显著改善逆变器的动态性能。

团队介绍

上海交通大学风力发电研究中心依托“国家能源海上风电装备技术研发中心”、“国家能源智能电网（上海）研发中心”以及“电力传输与功率变换控制教育部重点实验室”，由教师、博士后、博士和硕士生等80余人组成，其中教授5人，国家“万人计划”领军人才1人，国家级青年人才3人。中心负责人为上海交通大学特聘教授、中达学者蔡旭。团队长期从事新能源电力变换与并网、风电变流器及整机控制、高压大容量储能等方向的研究工作，主持多项新能源领域国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目等。

高磊,博士研究生，主要研究方向为新能源柔直并网稳定分析与控制。

吕敬,副教授，博士生导师，主要研究方向为新能源交直流并网稳定分析与控制，主持国家自然科学基金青年和面上等项目10余项，发表高水平SCI/EI期刊论文30余篇，授权发明专利20余项，入选斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家”，获IET Premium Awards。

蔡旭,特聘教授，博士生导师，主要从事风电变流与机组控制、风电直流并网、高压大容量电池储能系统的研究和教学工作，作为负责人主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等，发表论文400余篇，出版专著5部，获授权专利100余项，牵头获省部级一等奖3项。

本工作成果发表在2024年第8期《电工技术学报》，论文标题为“基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制“。本课题得到国家自然科学基金项目和国网浙江省电力有限公司科技项目的支持。