Supercapacitor-based Inertia Emulation Control and Stability Improvement for Grid-forming Photovoltaic Inverter

ZHOU Yuhao; PENG Faxi; XIE Jianxiang; SHI Xiaojie; YANG Zekun; WANG Zhiqiang

doi:10.7500/AEPS20250829009

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Supercapacitor-based Inertia Emulation Control and Stability Improvement for Grid-forming Photovoltaic Inverter

更新时间：2026-09-11

- Supercapacitor-based Inertia Emulation Control and Stability Improvement for Grid-forming Photovoltaic Inverter
- Automation of Electric Power Systems Pages: 1-16(2026)
- 作者机构：
  
  1.华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074
  2.南方电网科学研究院有限责任公司，广东省广州市 510700
  3.广东电网有限责任公司广州供电局，广东省广州市 510000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20250829009
  CLC：
- Received：29 August 2025，
  
  Revised：2025-12-15，
  
  Online First：04 June 2026，
- 稿件说明：
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周淯豪,彭发喜,谢剑翔等.基于超级电容的光伏构网逆变器惯量模拟控制及稳定性提升[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250829009.

ZHOU Yuhao,PENG Faxi,XIE Jianxiang,et al.Supercapacitor-based Inertia Emulation Control and Stability Improvement for Grid-forming Photovoltaic Inverter[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250829009.
周淯豪,彭发喜,谢剑翔等.基于超级电容的光伏构网逆变器惯量模拟控制及稳定性提升[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250829009. DOI：

ZHOU Yuhao,PENG Faxi,XIE Jianxiang,et al.Supercapacitor-based Inertia Emulation Control and Stability Improvement for Grid-forming Photovoltaic Inverter[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250829009. DOI：

摘要

随着新型电力系统中新能源渗透率的提升，电网的惯量水平不断下降，系统频率及振荡问题愈发严重。为解决上述问题，文中通过联立超级电容功率方程与光伏构网匹配控制方程，设计超级电容惯量模拟控制策略，在不改变光伏逆变器原有构网控制结构的前提下提升系统等效惯量；其次，利用等效转矩法建立稳定性分析模型，阐明了直流电压同步回路与超级电容控制回路对系统稳定性的影响机理，揭示了超级电容控制通过增强低频段阻尼转矩抑制低频振荡的机制，为控制设计提供理论依据。最后，利用Typhoon硬件在环仿真平台对所提惯量分析与模拟策略进行了验证，结果表明，该方案可以有效提高光伏构网逆变器的惯量水平与运行稳定性。

Abstract

With the increasing penetration of renewable energy in power systems

the inertia level of the power grid has been continuously decreasing

and the problems of system frequency and oscillation have become increasingly serious. To address the above challenges

this paper designs a supercapacitor-based inertia emulation control strategy by combining the power equations of the supercapacitor with the grid-forming matching control equations of the photovoltaic system. This strategy enhances system equivalent inertia without modifying the inherent grid-forming control architecture of the photovoltaic inverter. Furthermore

the equivalent torque method is employed to establish a stability analysis model

which clarifies the mechanisms of the influence of the DC-link voltage synchronization loop and the supercapacitor control loop on system stability. It reveals the mechanism of supercapacitor control suppressing low-frequency oscillations by enhancing damping torque in the low-frequency range

providing a theoretical foundation for control design. Finally

the proposed inertia analysis and emulation strategy is validated on the Typhoon hardware-in-the-loop test platform. The results show that the proposed strategy can effectively improve the inertia level and operational stability of the grid-forming photovoltaic inverter.

关键词

Keywords

references

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