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储能系统技术 储能系统 构网型GFM ★ 5.0

构网型控制及其在高压无变压器电池储能系统的实验验证

Grid-Forming Control and Experimental Validation for High Voltage Transformerless Battery Energy Storage System

作者 Xiqi Wu · Shengbing Wu · Fuwen Wang · Chaofan Wei · Rui Li · XinYu Jiang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年12月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电池储能系统 并网形成控制 暂态同步稳定性 电压故障穿越 自适应增益系数
语言:

中文摘要

与构网型(GFM)控制相结合的单装置大容量优势,有效助力高压无变压器电池储能系统(BESS)支撑电网频率和电压稳定。然而,故障期间处于限流模式下的变流器的暂态稳定特性及其为电网提供有效支撑的能力,与传统同步电机存在显著差异。因此,本文首先通过理论推导考虑限流模式的虚拟功角曲线,研究了高压和低压故障穿越发生时的暂态同步稳定性问题。然后,提出了应对电网电压跌落和上升时增强暂态同步稳定性的策略,并通过仿真结果进行了验证。此后,提出在功率反馈回路中嵌入自适应增益系数,以提高故障发生时快速低压支撑能力。更重要的是,一个实际的35 kV/10 MW/5 MWh锂电池储能系统工程项目验证了GFM控制在稳定充放电运行中的有效性及其电压故障穿越支撑能力。

English Abstract

Advantages of single-device large capacity of combining with grid forming (GFM) control effectively help high voltage transformerless battery energy storage system (BESS) to support grid frequency and voltage stability. However, the transient stability characteristics of the converter under current-limiting mode during a fault and its capability to provide effective support to the grid are the major differences from conventional synchronous machines. Therefore, this article first investigates transient synchronization stability problems at occurrence of high-voltage and low-voltage fault-ride-through by theoretically deduced virtual power angle curves considering current limitation mode. Then, the strategies of enhancing transient synchronization stability in face of grid voltage sag and rise are proposed and verified by simulation results. Thereafter, an adaptive gain coefficient is proposed to be embedded into power feedback loop to improve the capability of fast low voltage supporting during fault occurrence. More importantly, a practical 35 kV/10 MW/5 MWh Lithium BESS engineering project validates the GFM control in steady charging/discharging operation and its voltage fault ride through support ability.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务视角来看,该论文展示的高压直挂式储能系统构网型(GFM)控制技术具有重要战略价值。论文聚焦35kV/10MW/5MWh锂电储能工程项目的实际验证,这与我司PowerTitan等大型储能产品的技术路线高度契合,为高压直挂拓扑的工程化应用提供了关键理论支撑。

技术价值方面,构网型控制能够使储能系统主动支撑电网频率和电压稳定,这正是新型电力系统对储能的核心诉求。相比传统跟网型控制,GFM模式下储能系统可模拟同步发电机特性,在高比例新能源接入场景中提供惯量支撑和一次调频能力。论文重点解决的限流模式下暂态同步稳定性问题,是制约构网型储能实用化的关键瓶颈。其提出的虚拟功角曲线分析方法和自适应增益系数策略,可有效提升高低压故障穿越能力,这对我司储能系统通过严苛的电网并网测试具有直接指导意义。

从技术成熟度评估,该研究已完成兆瓦级工程验证,证明了高压直挂+GFM控制方案的可行性。这为阳光电源在电网侧、大型工商业储能市场推广高压直挂方案(减少变压器环节、提升效率)提供了技术背书。然而,技术挑战仍存:不同电网强度下的参数自适应整定、多储能系统并联时的协调控制、以及极端故障工况下的安全防护策略,都需要进一步研究。

建议我司将该技术纳入下一代储能变流器PCS的控制算法库,结合自研芯片和控制平台优势,形成差异化竞争力,抢占构网型储能技术制高点。