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2026/6/9 19:05:53
8.5 案例分析：针对特定谐振频点的稳定性增强设计流程
本章节将通过一个具体案例，完整呈现从“问题现象→阻抗建模→稳定性评估→振荡源定位→阻抗重塑设计→验证”的闭环设计流程。本案例聚焦于新能源电站中常见的挑战：采用LCL滤波器的构网型变流器接入弱电网时，在特定高频段发生的谐振失稳问题。
8.5.1 案例背景与问题描述
系统配置：
某构网型储能变流器（PCS）单元，采用虚拟同步机（VSG）控制，通过LCL滤波器接入公共连接点（PCC）。系统单相等效电路如图8.5-1所示。主电路参数见表8.5-1。
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 直流母线电压 | VdcV_{dc}Vdc | 800 | V |
| 额定功率 | SnS_nSn | 100 | kVA |
| 逆变侧电感 | L1L_1L1 | 0.8 | mH |
| 滤波电容 | CfC_fCf | 50 | μF |
| 网侧电感 | L2L_2L2 | 0.2 | mH |
| 开关频率 | fswf_{sw}fsw | 10 | kHz |
| 控制频率 | fsf_sfs | 10 | kHz |
| VSG虚拟惯量 | JJJ | 0.2 | kg·m² |
| VSG阻尼系数 | DDD | 15 | N·m·s/rad |
| 电流环PI参数 | Kp,KiK_{p}, K_{i}Kp,Ki | 0.5, 100 | - |
电网条件：
考虑一种典型的弱电网场景，电网短路比（SCR）约为5，电网侧等效电感Lg=3 mHL_g = 3 \text{ mH}Lg=3 mH，等效电阻Rg=0.3ΩR_g = 0.3 \OmegaRg=0.3Ω，即电网阻抗Zg(s)=sLg+RgZ_g(s) = sL_g + R_gZg(s)=sLg+Rg。
问题现象：
在硬件在环（HIL）测试中，当变流器以额定功率并网运行时，系统在约1250 Hz附近出现持续的高频振荡，PCC点电压和输出电流均含有该频率的谐波，幅值逐渐增长，最终触发保护停机。时域波形截图显示振荡频率约为1250 Hz。
8.5.2 稳定性分析与振荡源定位
步骤1：建立详细的小信号阻抗模型
首先，建立构网型变流器（VSG控制）的输出导纳Yinv(s)Y_{inv}(s)Yinv