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储能系统技术 储能系统 构网型GFM 可靠性分析 ★ 5.0

分布式网络中多台构网型变换器的自适应动态电压支撑方案

Adaptive Dynamic Voltage Support Scheme for Multiple Grid-Forming Converters in Distributed Networks

作者 Rui Qiu · Chengxi Liu
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
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 可靠性分析
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网故障 动态电压支持 分布式发电单元 最优动态电压支持 外部系统参数估计
语言:

中文摘要

摘要:电网故障是电力系统中最严重的扰动之一,会损害电网可靠性并增加停电风险。为解决这一问题,分布式发电单元需在低电压穿越(LVRT)期间提供动态电压支撑(DVS)。本文提出一种自适应动态电压支撑(ADVS)方案,以实现多个构网型(GFM)分布式发电单元之间的分布式无通信协作,从而提升配电网的系统电压幅值。该ADVS方案包含两部分:最优动态电压支撑(ODVS)方法和分布式发电单元的在线外部系统参数估计方法。ODVS推导分布式发电单元的输出电流特性,以在公共连接点(PCC)实现最有效的动态电压支撑,该方法综合考虑了不同的电网条件以及多个单元之间的协调。所提出的ODVS推导所需的外部系统参数通过在线外部系统参数估计方法由分布式发电单元进行实时本地估计获得。最后,开发了一种改进的构网型(GFM)控制策略以实现所提出的ADVS方案。在不同R/X比条件下的IEEE - 33节点系统上进行的控制硬件在环实验验证了所提出的方案适用于不同的电网条件。此外,还分析了不同R/X比下的外部系统参数估计误差。

English Abstract

Grid faults are among the most severe disturbances in power systems, compromising grid reliability and increasing the risk of power outages. To address this issue, distributed generation units are expected to provide dynamic voltage support (DVS) during the period of low voltage ride-through (LVRT). This paper proposes an adaptive dynamic voltage support (ADVS) scheme to achieve distributed and communication-free cooperation among multiple grid-forming (GFM) distributed generation units to boost system voltage magnitude in distribution networks. This ADVS scheme contains two part: the optimal dynamic voltage support (ODVS) methodology and the online external system parameters estimation method for distributed generation units. The ODVS derives the output current characteristics of distributed generation unit to achieve the most efficient dynamic voltage support at the point of common coupling (PCC), which comprehensively considering varied grid conditions and the coordination among multiple units. The external system parameters required for the proposed ODVS derivations are obtained through real-time, local estimation by distributed generation unit through the online external system parameters estimation method. Lastly, a modified Grid-Forming (GFM) control strategy is developed to enable the implement the proposed ADVS scheme. The control-hardware-in-loop experiments conducted on the IEEE-33 bus system under different R/X ratio conditions have validated that the proposed scheme is applicable to varied grid conditions. Additionally, the external system parameter estimation errors under different R/X ratios were analyzed.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的自适应动态电压支持(ADVS)方案对我司构网型逆变器和储能系统产品具有重要的技术参考价值。该方案解决了分布式发电单元在电网故障期间的协同电压支撑难题,这与我司在高比例新能源接入场景下的技术需求高度契合。

**核心技术价值:**该方案的最大亮点在于实现了无通信的分布式协同控制。通过在线估算外部系统参数,各构网型单元可自主优化输出电流特性,在公共耦合点(PCC)实现最优电压支撑。这一技术路径可直接应用于我司的光储一体化解决方案,特别是在工商业分布式场景中,能够显著降低通信系统成本和复杂度,同时提升系统可靠性。

**应用前景评估:**论文基于IEEE-33节点系统进行了控制硬件在环实验验证,并考虑了不同R/X比值的配电网工况,表明技术已具备较高的成熟度。这对我司在欧洲、澳洲等弱电网市场推广构网型产品具有实际指导意义。当前全球电网规范对LVRT和动态电压支撑能力要求日益严格,该技术可增强我司产品的并网适应性和市场竞争力。

**技术挑战与机遇:**主要挑战在于外部参数估算在极端故障工况下的精度保障,以及算法的实时性要求。建议我司研发团队重点关注该方案与现有PowerStack储能系统和SG3150UD等大功率逆变器的融合路径,探索在虚拟电厂和微电网场景中的商业化应用,将其转化为差异化的技术优势。