DSP-Based Sub-Switching-Period Current-Limiting Control for Grid-Tied Inverter under Grid Faults

📄 arXiv: 2601.03638v1 📥 PDF

作者: Jaeyeon Park, Jiyu Lee, Junyeol Maeng, Shenghui Cui

分类: eess.SY

发布日期: 2026-01-07

备注: 8 pages

💡 一句话要点

提出基于DSP的次开关周期电流限制控制，用于电网故障下并网逆变器的故障穿越

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 并网逆变器 电流限制 故障穿越 次开关周期控制 电网故障 脉宽调制 数字信号处理器

📋 核心要点

  1. 电网故障引起的电压骤降和相位跳变会导致并网逆变器产生瞬态过电流，尤其是在低开关频率下，传统方法难以快速抑制。
  2. 该方法通过在次开关周期内修改PWM载波，实现对逆变器输出电流的快速连续调节，从而限制过电流并实现无缝故障穿越。
  3. 实验结果表明，该方法在对称和非对称电压骤降以及相位跳变等多种电网故障情况下，能够有效限制过电流，验证了其有效性。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种用于并网逆变器的次开关周期电流限制控制方法，旨在防止电网故障期间的瞬态过电流，并实现无缝故障穿越(FRT)。诸如电压骤降或相位跳变等突发的电网电压扰动，会在一个开关周期内引起较大的瞬态电流，尤其是在低开关频率下。一旦检测到扰动，所提出的方法会立即修改脉宽调制载波，从而在远小于一个开关周期的时间内连续调节逆变器输出电流，而不会中断电流流动。该方法可以在常用的数字信号处理器上实现，无需专门的模拟或数字电路或高速计算设备。来自以3.6 kHz开关频率运行的2电平3相逆变器的实验结果验证了所提出的方法在对称和非对称电压骤降以及相位跳变下的有效性。

🔬 方法详解

问题定义：并网逆变器在电网发生故障（如电压骤降、相位跳变）时，由于电网电压的突变，会导致逆变器输出电流出现较大的瞬态过电流。这种过电流会损坏逆变器设备，并可能导致逆变器被迫停止运行，影响电网的稳定性。传统的电流控制方法通常基于开关周期进行控制，无法在次开关周期内快速响应电网故障，因此难以有效抑制瞬态过电流。

核心思路：论文的核心思路是在检测到电网故障后，立即修改脉宽调制（PWM）载波，从而在次开关周期内快速调节逆变器的输出电流。通过这种方式，可以在电流达到危险水平之前对其进行限制，从而保护逆变器设备并实现故障穿越。这种方法无需中断电流流动，保证了系统的连续运行。

技术框架：该方法主要包含以下几个阶段：1. 电网故障检测：实时监测电网电压，检测电压骤降或相位跳变等故障事件。2. PWM载波修改：一旦检测到故障，立即根据故障类型和电流需求，修改PWM载波的形状和参数。3. 电流控制：通过修改后的PWM载波，控制逆变器的开关状态，从而调节输出电流。4. 故障穿越：在电流限制的同时，维持逆变器的运行，实现故障穿越。

关键创新：该方法最重要的创新点在于其能够在次开关周期内进行电流控制。传统的电流控制方法通常基于开关周期进行控制，响应速度较慢。而该方法通过直接修改PWM载波，实现了更快的响应速度，从而能够更有效地抑制瞬态过电流。此外，该方法易于在常用的数字信号处理器（DSP）上实现，无需额外的硬件电路。

关键设计：关键设计在于PWM载波的修改策略。具体的修改方式取决于故障类型和电流需求。例如，在电压骤降时，可以调整PWM载波的占空比，以减小输出电流。在相位跳变时，可以调整PWM载波的相位，以补偿电网电压的变化。此外，还需要设计合适的控制算法，以保证电流的稳定性和精度。

📊 实验亮点

实验结果表明，所提出的次开关周期电流限制控制方法能够有效地抑制电网故障期间的瞬态过电流。在对称和非对称电压骤降以及相位跳变等多种故障情况下，该方法都能够将电流限制在安全范围内，并实现无缝故障穿越。实验采用3.6kHz开关频率的2电平3相逆变器，验证了该方法在实际应用中的可行性和有效性。

🎯 应用场景

该研究成果可广泛应用于各种并网逆变器系统，例如光伏逆变器、风力发电逆变器、储能逆变器等。通过提高逆变器在电网故障下的鲁棒性和可靠性，可以增强电网的稳定性，减少因电网故障造成的经济损失。此外，该技术还有助于提高可再生能源的渗透率，促进能源转型。

📄 摘要（原文）

This paper presents a sub-switching period current-limiting control for a grid-tied inverter to prevent transient overcurrents during grid faults and enable seamless fault ride-through (FRT). Sudden grid-voltage disturbances, such as voltage sags or phase jumps, can induce large transient currents within a switching period, particularly at low switching frequencies. Upon disturbance detection, the proposed method immediately modifies the pulse-width modulation carrier, enabling continuous regulation of the inverter output current within a time much shorter than a switching period without interrupting current flow. The proposed method can be implemented on commonly used digital signal processors without requiring specialized analog or digital circuits or high-speed computing devices. Experimental results from a 2-level, 3-phase inverter switching at 3.6 kHz validate the effectiveness of the proposed method under symmetric and asymmetric voltage sags and phase jumps.