1、构网型储能系统现场调试平台电网扰动控制策略研究闫涛，陈继忠，闫雪生，惠东，许守平，董立志（中国电力科学研究院有限公司，北京100192）摘要：为了开展用于新型电力系统的储能电站构网型性能调试，文中开发了适用于构网型储能系统的移动式调试平台。论文提出了适用于高电压等级构网型储能系统调试的35 kV四象限功率单元拓扑结构，在基于跟网型储能调试系统控制策略的基础上，提出了适用于构网型储能系统调试平台的复合控制策略，满足了新型电力系统构网调试的快速响应需求；结合现场调试，对复合控制策略的控制特性进行了分析，验证了构网型储能系统调试平台系统和所提复合控制策略的有效性；在百兆瓦级储能电站，现场测试了所设计
2、的移动调试平台构网型功能，首次在电站调试中实现了惯量调节、一次调频等运行工况，试验结果表明，文中所提出的调试平台保持惯量支撑调试过程中的电压稳定，降低了一次调频过程中调试电源的电流波动，通过移动式调试平台实现了快速输出幅值、频率和相位的能力。关键词：储能电站；构网型；控制策略；新型电力系统；系统调试；储能调试平台Research on Power Grid Disturbance Control Strategy for Gridforming Energy StorageEquipment Onsite Commissioning SystemYAN Tao，CHEN Jizhong，YAN
3、 Xuesheng，HUI Dong，XU Shouping，DONG Lizhi（China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China）Abstract:In order to carry out performance testing of gridconnected energy storage systems for new power systems，a mobile debugging platform applicable to gridconnected energy storage systems has b
4、een developed in this study.The paper proposes a 35 kV fourquadrant power unit topology structure suitable for testing highvoltage gridconnected energy storage systems.Based on the control strategies of the gridconnected energy storage testing system，acomposite control strategy for the testing platf
5、orm of gridconnected energy storage systems is proposed to meet thefast response requirements of new power system grid integration testing.Combined with onsite debugging，the control characteristics of the composite control strategy are analyzed to verify the effectiveness of the gridconnected energy
6、 storage system testing platform and the proposed composite control strategy.The mobile debugging platform sgridconnected functionality was tested in a hundredmegawatt energy storage power station，achieving inertia adjustment，primary frequency regulation，and other operating conditions for the first
7、time in power station debugging.Theexperimental results show that the proposed debugging platform maintains voltage stability during inertia adjustmenttesting and reduces current fluctuations in the power supply during primary frequency regulation.The mobile debugging platform realizes the ability t
8、o quickly output amplitude，frequency，and phase through its mobile design.Key words:energy storage power station；grid forming type；control strategy；new power system；systemcommissioning；energy storage commissioning platform第59卷第7期：003000382023年 7月16日High Voltage ApparatusVol.59，No.7：00300038Jul.16，202
9、3DOI:10.13296/j.10011609.hva.2023.07.004_收稿日期：20230209；修回日期：20230425基金项目：国家电网公司科技项目(电化学储能电站的现场安全调试技术与专项工具开发)。Project Supported by State Grid Corporation of China Technology Project(Field Safety Debugging Techniques and Special ToolDevelopment for Electrochemical Energy Storage Stations).0引言随着新型电力系统建
10、设要求的提出，电化学储能电站的功能及性能要求也在不断延伸，由最初的跟网型(gridfollowing)控制架构逐步拓展到构网型(gridforming)控制1。构网型储能系统借鉴了同步发电机的运行机理，将变流器控制为电压源运行，克服了跟网型变流器的固有缺陷2-4，在电力系统中的应用得到了广泛的关注。目前，面向构网型储能系统调试的电网环境模拟能力严重缺失，一般多采用储能变流器对拖或小功率并网等方案开展面向跟网型储能系统调试，为了验证跟网型储能电站从能量管理系统、变流器到电池系统的整体控制通路的通畅、完成控制指令的对表环节以及子设备的正确联动5，储能电站在分系统调试阶段，通过储能变流器两两对拖来进
11、行现场调试6-8：将储能集装箱中相邻两个变流器，分别与对应的储能变压器系统、等容量电池系统组成对拖单元，分别设定2套变流器各自工作于电压频率模式和有功无功模式，对成组的对拖单元开展储能性能测试。但由于功能所限，不足以实现构网型储能系统惯性响应、一次调频和高低穿等复杂功能验证。采用对拖方式进行一次调试对于现场调试设备要求不高，但由于是对单台开展的小功率调试，对拖调试还存在以下不足：变流器对拖和轮拖调试难以排查储能电站多机并联中存在的各种问题，设备调试效果不佳，其调试过程难以发现多机并联中设备间的互相干扰；此外，还容易发故障穿越，在调试过程中威胁电池系统安全，易造成储能设备损毁，对调试过程中的设备
12、和人身安全缺少保障9-14。随着储能系统容量从百MW级过渡到GW级，接入的电网电压等级也从0.4 kV电压等级相应提高到10 kV乃至35 kV等级，一般需要接入10 kV以上电压等级电网15-18。现有调试工具无法满足新型电力系统对储能电站高电压等级的调试需求，现场储能变流器也难以提供相应电压等级下，电网适应性等复杂的调试环境，造成现场调试能力和功能的缺失，储能电站设备调试流程和调试工具亟待规范。针对上述问题，提升构网型储能电站电网支撑能力，并通过调试验证其效果，构建构网型储能电站的专用调试平台，是未来电化学储能电站发展面临的重大需求。随着大功率电力电子技术的不断发展，利用高度集成化的高压变
13、流单元搭建储能电站大功率调试平台，实现输出幅值、频率和相位可变的电压，模拟不同电压等级的电网适应性扰动，对储能电站的电网电压适应能力进行现场调试，开发储能电站移动调试平台，服务于储能电站单体调试、分系统调试以及系统调试，已成为未来储能电站调试流程的发展趋势19-21。文中结合构网型储能电站特点以及调试中对新型电力系统环境的构网需求，研究用于调试平台的复合控制策略，设计35 kV四象限电力电子调试平台，研究电压偏差适应性、频率偏差适应性等控制算法，实现构网型储能电站的电网环境模拟功能，为储能电站系统并网调试提供惯量调节、一次调频和高低穿的高电压等级测试环境，满足储能系统调试过程中与模拟电网环境的
14、互动效果，为电化学储能电站提供“安全、高效和标准”的调试方案。1构网型储能电站调试平台系统架构1.1调试平台系统架构构网型储能系统调试平台系统包括电网侧高压输入断路器、35 kV/10 kV降压变压器、调试平台变流系统、升压变压器、测试端高压断路器和高压旁路断路器等部分。调试平台系统框图见图 1，35 kV/10 kV调试平台变流系统包括并网变流单元(grid connected converter，GCC)和电网模拟单元(gridsimulation converter，GSC)两部分，并网变流单元主要起到稳定直流电压和控制并网功率因数的作用，保证为电网模拟单元提供稳定直流电压，同时将储能系
15、统输出能量回馈至电网。被调试装置接入由调试平台组成的测试环境，通过调试平台模拟构网型电网各种功能，模拟惯量调节、一次调频等工况，具备能量双向流动能力。储能系统调试平台输入35kV电网经35kV/0.61kV/10 MVA变压器降压输入至各单元，大功率调试电网模拟单元输入采用可控整流，单元电压进行恒压控制技术，输入电流采用矢量分解技术，单位功率因数控制；调试平台采用单相分离拓扑结构，利用H桥级联全控整流桥，10级级联后输出，10级单元级联逆变输出10 kV，通过电感与多绕组变压器在输出端实现逆变功能，经10 kV/35 kV/10 MVA变压器升压输出模拟电网故障和电压适应性功能。采用H桥级联式
16、拓扑结构作为变流器拓扑，可在各功率单元采用较低电压电流等级器件下，通过多级串联直接接入35 kV等级的高压电网，可大大提高调试系统整体效率。另外，H桥级联式拓扑结构模块化的结构也使调试平台具有较好的功率冗余特性。构网型储能系统关键技术及工程应用闫 涛，陈继忠，闫雪生，等.构网型储能系统现场调试平台电网扰动控制策略研究312023年7月第59卷第7期1.2构网型储能调试平台控制策略架构构网型储能调试平台的并网侧变流器功率单元通过可控整流模块，实时检测单元直流侧电压，进行恒压控制；调试单元通过变流数字控制单元的电流环实现控制算法的输出。控制系统策略架构见图1。功率单元主控单元采用数控方案，实时采集单元电压和功率单元输入电流，电压源型变流器通过电流环与电压环数字控制方案，控制策略为内外环组成的双闭环架构。通过控制母线直流电压实现系统外环，电压PI算法输入值为直流母线电压和直流电压给定值的差值，将输出作为有功电流d轴电流参考值，通过控制变流器与电网的有功电流，使直流母线电压工作在给定参考电压。内环为电流控制环，在与电网电压矢量同步旋转的d-q坐标系统下，通过矢量分解技术，将输入电流实时值分解为