[论文解读] Stability and convergence of multi-converter systems using projection-free power-limiting droop control

Amirhossein Iraniparast, Dominic Groß|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2026

Microgrid Control and Optimization被引用 0

一句话总结

论文介绍用于并网电力电子的无投影功率受限下垂控制，并证明得到的多逆变器频率动力学具备半全局指数稳定性，收敛速率上界与网络连通性和控制增益相关，经 EMT 仿真验证。

ABSTRACT

In this paper, we propose a projection-free power-limiting droop control for grid-connected power electronics and an associated constrained flow problem. In contrast to projection-based power-limiting droop control, the novel projection-free power-limiting droop control results in networked dynamics that are semi-globally exponentially stable with respect to the set of optimizers of the constrained flow problem. Under a change to edge coordinates, the overall networked dynamics arising from projection-free power-limiting droop control coincide with the projection-free primal-dual dynamics associated with an augmented Lagrangian of the constrained flow problem. Leveraging this result, we (i) provide a bound on the convergence rate of the projection-free networked dynamics, (ii) propose a tuning method for controller parameters to improve the bound on the convergence rate, and (iii) analyze the relationship of the bound on the convergence rate and connectivity of the network. Finally, the analytical results are illustrated using an Electromagnetic transient (EMT) simulation.

研究动机与目标

• 在有源功率限制的前提下，激发并解决并网电力电子的稳定性挑战。
• 建立一个约束的流问题，其最优解与网络平衡及频率同步相关。
• 开发一种无投影的初级控制方法，在满足功率极限的同时实现局部实现性。

提出的方法

• 为边坐标中的约束流问题开发无投影原-对偶动力学。
• 证明无投影网络动力学与边坐标中的约束流问题的原-对偶动力学一致。
• 通过将有功约束图拉普拉斯与约束 Jacobs 矩阵联系起来，推导收敛速率的界限。
• 提出一个控制增益的调谐方法以提升收敛速率界限。
• 证明边坐标动力学的半全局指数稳定性，并将其与节点坐标动力学联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 在边坐标中的约束流问题的 KKT 点上，投影自由的功率受限下垂控制是否能收敛？
• RQ2 网络连通性和控制增益如何影响多逆变器动力学的收敛速率？
• RQ3 如何表征活动约束集并将其与基于拉普拉斯矩阵的收敛界限相关？
• RQ4 在不违反功率极限的前提下， proposed 调谐如何提升收敛速率？
• RQ5 对一个现实的 IEEE 9-bus 系统的仿真是否验证了理论结果？

主要发现

• 无投影功率受限下垂控制得到的网络动力学在边坐标的约束流问题的 KKT 点处具有半全局指数稳定性。
• 无投影网络动力学在将坐标变换为边坐标后，与约束流问题的原-对偶动力学一致。
• 通过将约束的雅可比矩阵与活动约束集的图拉普拉斯矩阵相关联，得到收敛速率的界限，从而可以通过控制增益和网络连通性进行调谐。
• 在温和假设下，增加网络连通性（添边）可改善收敛速率界限。
• 对 IEEE 9-bus 系统的 EMT 仿真表明，提出的控制调谐可以提升性能并验证理论洞见。