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系统并网技术
★ 5.0
改进型构网控制用于储能型STATCOM以增强阻尼并限制多电流
Improved Grid Forming Control for Energy-Type STATCOM to Enhance Damping and Limit Multiple Currents
| 作者 | Xianqiang Shi · Rui Li · Xiqi Wu · Dangsheng Zhou · Yirun Cheng · Xu Cai |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 能量型STATCOM 虚拟惯性 能量同步环节 阻尼增强方案 多电流限幅控制 |
语言:
中文摘要
为提高现代电力系统的频率和电压稳定性,设计了一种能量型静止同步补偿器(ET - STATCOM),它是通过将超级电容器(SCs)嵌入两个薄膜电容型静止同步补偿器的直流母线而形成的,该装置可通过提升有功功率提供虚拟惯量,并通过无功功率补偿提供电压支撑。然而,其并网形成控制问题仍悬而未决。首先,备受青睐的虚拟同步机控制由于基于有功功率的控制目标,可能导致超级电容器过充/过放。其次,尽管经典匹配控制(MC)可以调节超级电容器的能量,但其现有的阻尼增强方案均不适用于ET - STATCOM。最后但同样重要的是,现有的限流策略只能限制由有功电流和无功电流合成的总电流幅值,而不能分别限制它们各自的幅值。为解决这些问题,提出了一种基于经典匹配控制的能量同步环节和一种基于有功功率直接反馈的新型阻尼增强方案,这有助于ET - STATCOM集自同步与功率振荡抑制能力、自发惯量响应以及超级电容器能量自主管理于一体。此外,还研究了一种多电流限制控制技术,以实现对有功电流和无功电流的整体和独立限制。仿真和一台实际的35kV/30MVar/3MW/4s样机验证了该方法的有效性。
English Abstract
To improve the frequency and voltage stability of the modern power system, an energy-type STATCOM (ET-STATCOM) formed by embedding supercapacitors (SCs) in the dc bus of two film capacitor-type STATCOMs was designed, which can provide virtual inertia by boosting active power and voltage support through reactive power compensation. However, the issue of its grid forming control hangs in the balance. First, the favored virtual synchronous machine control may lead to over-charge/-discharge of SCs due to the active power-based control target. Second, although the classical matching control (MC) can regulate SC energy, none of its existing damping enhancement schemes is proper for the ET-STATCOM. Last but not least, the existing current limiting strategies can only limit the total current magnitude synthesized by the active and reactive currents, but not their respective magnitudes. To address these issues, an energy synchronization link founded on the MC and a novel damping enhancement scheme based on active power direct feedback are proposed, which helps the ET-STATCOM to integrate self-synchronization with power oscillation suppression capability, spontaneous inertia response, and autonomous management of SC energy. In addition, a multicurrent limiting control technique has been investigated to achieve overall and independent limiting of active and reactive currents. Simulations and a practical 35kV/30MVar/3MW/4s prototype validate the method's effectiveness.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项能量型STATCOM(ET-STATCOM)的改进型网构控制技术具有重要的战略价值。该技术通过在STATCOM直流母线嵌入超级电容器,实现了有功功率和无功功率的协同支撑,这与我司储能变流器和SVG产品的技术演进方向高度契合。
该论文提出的能量同步环节和有功功率直接反馈阻尼增强方案,有效解决了虚拟同步机控制中超级电容过充放电的关键问题。这对阳光电源开发新一代"储能+无功补偿"融合型产品具有直接借鉴意义。特别是多电流限制控制技术能够独立限制有功和无功电流幅值,这将显著提升设备在电网扰动时的安全裕度,增强我司产品在新型电力系统中的适应性。
从应用前景看,该技术已通过35kV/30MVar/3MW/4s原型机验证,技术成熟度较高,可快速转化为工程应用。对于阳光电源而言,这项技术可应用于三个核心场景:一是大型光伏电站的动态无功支撑与惯量响应;二是独立储能电站的频率电压调节能力提升;三是风光储一体化项目的电网友好性增强。
技术挑战主要集中在超级电容器的成本控制和寿命管理,以及控制算法在多机并联场景下的协调优化。建议我司技术团队重点关注该论文的能量管理策略,结合公司现有的1500V储能系统平台,探索将该技术集成到PowerTitan等旗舰产品中,形成差异化竞争优势,抢占新型电力系统辅助服务市场的技术高地。