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构网型逆变器在变压器励磁序列黑启动应用中的分析
An Analysis of Grid-Forming Inverters in Blackstart Applications During Transformer Energization Sequence
| 作者 | Huzaifa Karimjee · Satish Ranade · Deepak Ramasubramanian · Olga Lavrova |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2025年5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 | 黑启动 基于逆变器资源 电网形成逆变器 软通电 变压器 |
语言:
中文摘要
基于逆变器的电源(IBR)渗透率的不断提高,使得有必要重新评估当前的电网运行方式。黑启动是一个受到重新关注的特殊领域,这是因为电网形成逆变器(GFMI)具备模拟同步发电机(SG)的能力。IBR执行黑启动的能力是一个全新的概念,需要进行更深入的研究,特别是考虑到IBR存在过流限制等约束条件,这些条件会影响非线性网络设备的带电投入。本文介绍了一个使用GFMI的黑启动案例研究,重点关注大型空载厂用变压器的带电投入。研究中展示了一种独特的涌流现象,即厂用变压器与逆变器中压(MV)变压器之间的协同涌流。随后,提出了一种利用电厂控制器(PPC)实现软投入(SE)的替代方法,避免了对逆变器级控制进行修改。此外,采用所提出的方法评估了软投入方法对涌流的影响,最后对软投入和硬切换(HS)黑启动方法进行了定性比较分析。总体而言,本文旨在证明GFMI利用软投入和硬切换两种方法为变压器带电投入的能力,而变压器在黑启动过程中起着重要作用。
English Abstract
The increasing penetration of inverter-based resources (IBRs) necessitates a reassessment of current grid practices. Blackstart is one specialized area that has drawn renewed attention due to the capability of grid-forming inverters (GFMIs) to emulate synchronous generators (SG). The ability of IBRs to carry out a blackstart represents a novel concept necessitating deeper investigations, particularly given the constraints of IBRs such as over-current limitations, which affect the energization of non-linear network devices. This paper presents a blackstart case study that uses a GFMI, focusing on the energization of a large unloaded plant transformer. Consequently, a unique inrush is demonstrated, known as a sympathetic inrush between the plant and the inverter medium-voltage (MV) transformer. Subsequently, an alternative method for the execution of soft energization (SE) is introduced using a power plant controller (PPC), eliminating inverter-level control modifications. Furthermore, the impact of employing the SE method on inrush currents is evaluated using the proposed method, and a qualitative analysis is lastly presented comparing SE to the hard switching (HS) blackstart method. Collectively, this paper aims to demonstrate the GFMI's ability, using both the SE and HS methods, to energize transformers which play an important role during a blackstart.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文探讨的构网型逆变器(GFMI)黑启动技术具有重要的战略价值。随着全球能源转型加速,电网对新能源设备的黑启动能力提出了更高要求,这为我们的光储产品开辟了新的应用场景和市场空间。
论文重点研究了GFMI在变压器励磁过程中的表现,特别是交感涌流问题及其解决方案。这直接关联到我们1+X模块化逆变器和液冷储能系统的技术升级路径。传统逆变器资源(IBR)的过流限制一直是制约其参与黑启动的关键瓶颈,而论文提出的软启动(SE)方法通过电厂控制器(PPC)层面实现,无需修改逆变器底层控制,这种架构思路与我们现有的分层控制策略高度契合,可以较低成本集成到PowerTitan储能系统和SG3400HV等大型并网逆变器中。
技术成熟度方面,构网型控制技术本身已在我们部分产品中应用,但黑启动场景的工程验证仍处于探索阶段。论文揭示的中压变压器与逆变器侧变压器间的交感涌流现象,提示我们需要在设备选型、保护配置和控制策略上进行系统性优化。这既是技术挑战,也是建立差异化竞争优势的机遇。
从市场前景看,随着欧美及国内电网公司陆续发布构网型并网标准,具备黑启动能力的储能系统将成为电网侧和大型新能源电站的刚性需求。建议我们加快在澳洲、欧洲等成熟市场开展黑启动示范项目,积累工程经验,同时推动将软启动控制算法集成到iSolarCloud智慧能源管理平台,形成从设备到系统的完整解决方案,巩固我们在全球新能源领域的技术领先地位。