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储能系统技术 ★ 5.0

储能装置布点以增强基于变换器的可再生能源系统的小信号稳定性

Placing Storage Energies for Enhancing Small-Signal Stability of Converter-Based-Renewable Systems

作者 Hui Yuan · Yi Hao · Huanhai Xin · Linbin Huang · Yuhan Zhou · Xiaofei Wang
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年2月
技术分类 储能系统技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 储能 基于变流器的可再生能源 锁相环 小信号稳定性 优化布局
语言:

中文摘要

储能(SEs)具有双向功率调节的灵活性,因此它们通过电力电子变换器接入电力系统,以减少基于变换器的可再生能源(CBRs)(如太阳能和风能)带来的功率波动。然而,基于变换器的储能可能会通过电网与基于变换器的可再生能源相互作用,这增加了多基于变换器的可再生能源系统中锁相环(PLL)引起的小信号稳定性分析的复杂性和难度,尤其是在弱电网中。在此背景下,储能的配置方式如何影响锁相环引起的小信号稳定性仍不明确,特别是当储能从电网吸收有功功率时。为填补这一空白,本文从电网强度的角度分析了储能对多变换器系统中锁相环引起的小信号稳定性的影响,并提出了一种优化储能配置以增强小信号稳定性的方法。首先,分析结果表明,当储能从电网吸收有功功率时,它们可以增强电网强度,从而提高锁相环引起的小信号稳定性;此外,系统稳定性的改善程度取决于储能的配置位置。在此基础上,提出了一种基于电网强度的通过储能配置改善锁相环引起的小信号稳定性的方法。所提方法在三个测试系统上得到了验证。本文为更好地理解储能和基于变换器的可再生能源通过电网的相互作用,以及在未来以变换器为主导的电力系统中协调储能的配置提供了一种有效途径。

English Abstract

Storage energies (SEs) have the flexibility of bi-directional power regulation, so they have been integrated into the power system via power electronic converters to reduce the power fluctuations introduced by converter-based renewables (CBRs), such as solar and wind. However, converter-based SEs may interact with CBRs through the power network, which increases the complexity and difficulty of the phase-lock-loop (PLL)-induced small-signal stability analysis in multi-CBR systems, especially in weak grids. In this context, it remains unclear how the placement of SEs influences the PLL-induced small-signal stability, particularly when the SEs absorb active power from grids. To fill this gap, this paper analyzes the impact of SEs on the PLL-induced small-signal stability in multi-converter systems from the perspective of grid strength and proposes a method for optimally placing SEs to enhance the small-signal stability. First, the analytic results reveal that when the SEs absorb active power from the power grid, they can enhance grid strength and thus the PLL-induced small-signal stability; moreover, the degree of system stability improvement depends on the location of SE placement. On this foundation, a grid-strength-based method is proposed for the PLL-induced small-signal stability improvement via SE placements. The proposed method is validated based on three test systems. This paper provides an effective way of better understanding the interaction among SEs and CBRs through power network, and coordinating the placements of SEs in future converter-dominated power systems.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文针对储能系统(SE)在新能源并网系统中的优化配置问题提供了重要的理论指导,对公司储能与光伏协同解决方案具有显著价值。

论文揭示了储能系统在吸收有功功率模式下能够增强电网强度,进而改善锁相环(PLL)引发的小信号稳定性问题。这一发现对阳光电源的光储一体化系统设计具有直接指导意义。当前公司在弱电网环境下的光伏电站项目中,常面临多逆变器系统通过电网交互导致的振荡风险,该研究提出的基于电网强度的储能优化配置方法,可为公司提供科学的系统规划工具,在项目前期即确定储能系统的最优接入位置,从源头提升系统稳定性。

从技术成熟度评估,该方法基于小信号稳定性分析理论,具备较强的工程可实现性。阳光电源可将其集成到现有的PowerTitan储能系统和SG阳光云平台中,开发智能化的站点规划工具。特别是在西北、东北等弱电网区域的大型新能源基地项目中,该技术能够显著降低系统改造成本,避免盲目增加储能容量或电网补强投资。

技术挑战主要体现在多变流器耦合的复杂性建模和实时电网强度评估方面。阳光电源需要结合实际电网参数波动特性,开发适应性更强的在线评估算法。同时,这也为公司创造了差异化竞争机遇——通过掌握储能优化配置核心技术,可在EPC总包项目中提供更具竞争力的系统解决方案,强化公司在新能源电站整体设计领域的技术领先地位,并为未来构网型储能等先进控制策略的应用奠定理论基础。