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电动汽车驱动 多电平 构网型GFM ★ 5.0

双端口构网型高压直流单元与E-STATCOM协调运行以提供阻尼与惯性支持

Coordinated Operation of Dual-Port Grid-Forming HVDC Unit and E-STATCOM for Damping and Inertia Provision

作者 Arkaitz Rabanal · Salvatore D'Arco · Elisabetta Tedeschi
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年6月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 多电平 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 双端口并网控制 模块化多电平换流器 储能静止同步补偿器 海上风电场 协调控制策略
语言:

中文摘要

双端口构网控制能够对连接高压直流输电线路与交流电网的模块化多电平换流器(MMC)实现同时的交流和直流电压调节。然而,由于换流器内部能量容量有限,其提供阻尼和惯性功率的能力受到内在限制。为解决这一限制,本文提出将带储能的静止同步补偿器(E - STATCOM)与双端口构网型高压直流连接的海上风电场进行协调运行,在保证风电场最优运行的同时,提高换流器的稳定性和性能。此外,在MMC的双端口构网控制中引入了一种新的稳定机制。这改善了动态性能,即使在没有额外支持的情况下也能确保稳定运行。在所考虑的数值算例中,所提出的系统将交流负载接入后频率变化率从 - 0.64 Hz/s提高到 - 0.32 Hz/s。它还使功率输出波动的标准差降低了57%,滤除了0.5 Hz以上的振荡。此外,它将直流电压控制与MMC内部能量解耦,确保在交流故障期间对直流电网进行部分隔离保护。实验验证与仿真结果吻合良好,证实了协调控制策略在提升未来海上风电系统稳定性、惯性支撑能力和灵活性方面的潜力。

English Abstract

Dual-port grid-forming control enables simultaneous ac and dc voltage regulation for modular multilevel converters (MMCs) connecting the HVDC transmission line to the ac network. However, its ability to provide damping and inertial power is inherently constrained by the limited internal energy capacity of the converter. To address such limitation, this paper proposes the coordinated operation of a static synchronous compensator with energy storage (E-STATCOM) in parallel with a dual-port grid-forming HVDC-connected offshore wind farm, which enhances converter stability and performance while preserving optimal wind farm operation. Additionally, a new stabilization mechanism is introduced within the MMC's dual-port grid-forming control. This improves the dynamic performance and ensures stable operation even in the absence of additional support. In the numerical example considered, the proposed system enhances the rate of change of frequency after an ac load connection from -0.64 Hz/s to -0.32 Hz/s. It also reduces the standard deviation of the power output fluctuations by 57%, filtering oscillations above 0.5 Hz. Moreover, it decouples dc voltage control from MMC internal energy, ensuring partial firewalling of the dc grid during ac contingencies. Experimental validation demonstrated good agreement with simulations, confirming the potential of coordinated control strategies to enhance stability, inertia provision, and flexibility in future offshore wind power systems.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的双端口构网型MMC与储能型静止同步补偿器(E-STATCOM)协调控制技术,对公司在海上风电并网、储能系统集成及高压直流输电领域具有重要参考价值。

该技术的核心创新在于通过E-STATCOM与构网型换流器的协同运行,突破了传统MMC内部储能容量有限的瓶颈,显著提升了系统的惯量支撑和阻尼能力。实验数据显示,频率变化率改善50%,功率波动标准差降低57%,这与阳光电源在储能变流器PCS产品线追求的快速频率响应和功率平滑目标高度契合。特别是0.5Hz以上振荡的有效抑制,对于阳光电源正在拓展的大规模新能源基地并网解决方案具有直接应用价值。

从技术成熟度评估,该方案基于成熟的MMC拓扑和STATCOM技术,但双端口构网控制与储能系统的深度协调仍处于工程化验证阶段。对阳光电源而言,公司在光储一体化逆变器和SVG产品上已有深厚积累,具备将该技术转化为差异化竞争优势的基础。特别是论文提出的直流电压与MMC内部能量解耦控制,可增强直流侧故障隔离能力,这对公司正在布局的柔性直流输电系统具有重要工程意义。

技术挑战主要集中在多时间尺度协调控制算法的实时性、储能容量的经济性配置以及与风电场控制系统的接口标准化。但这也为阳光电源提供了机遇:通过整合公司在构网型储能系统、1500V大功率PCS及能量管理系统方面的技术优势,可开发面向海上风电和远距离输电场景的集成化解决方案,进一步巩固在新能源并网领域的技术领先地位。