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单位电压反馈解耦下基于虚拟导纳的级联构网逆变器的结构分析与内部稳定性增强

系统与控制 2026-07-07 v1
作者: Stephen Arinze Obi , Ki-Hyun Kim , Jae-Jung Jung
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摘要

虚拟导纳 (VA) 广泛用于级联电压控制和电流控制 (VC-CC) 构网逆变器 (GFMI) 中，因为它塑造了变流器端子行为，同时保留了电流整形和限制所需的电流调节路径。然而，可实现的 VC 环路带宽仍然与 CC 环路带宽和 VA 参数强耦合。电压反馈解耦 (VFD) 通常用于放松这种耦合，但在基于 VA 的控制中，其益处并非无条件。本文表明，单位增益 VFD 代表了完全解耦条件，它移除了与滤波电容器相关的低频恢复项，并将电压环路推向对延迟敏感的双积分器结构。这种内部稳定性限制在此被称为 VFD 陷阱。为了解决这个陷阱而不削弱 VFD，提出了一条比例有源阻尼 (AD) 路径，在电流参考路径中实现为负电容器电压反馈。所提出的路径恢复了缺失的低频支持，同时保留了单位 VFD，并引入了额外的基于 AD 的自由度用于 VC 环路调谐。推导了最小支持条件、延迟感知的相位裕度表达式以及紧凑的正向/逆向设计方程，用于工作点选择。在 3-kVA 样机上进行的独立和并网实验验证了分析，表明所提出的路径恢复了稳定的单位 VFD 操作，将电压阶跃稳定时间从约 9 毫秒缩短至 3 毫秒，并保持了稳定的功率注入。

关键词

构网逆变器 虚拟导纳 电压反馈解耦 内部稳定性 有源阻尼 级联控制

引用

@article{arxiv.2607.06192,
  title  = {Structural Analysis and Internal Stability Enhancement of Virtual-Admittance-Based Cascaded GFMIs Under Unity Voltage-Feedback Decoupling},
  author = {Stephen Arinze Obi and Ki-Hyun Kim and Jae-Jung Jung},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.06192},
  year   = {2026}
}

备注

This work has been submitted to the IEEE for possible publication