第43卷第5期发电技术2022年10月Power Generation Technology0ct.2022D0L:10.120962096-4528pgt22132中图分类号：TK02构网型储能变流器及控制策略研究(1,北方工业大学储能技术工程研究中心，北京市石景山区100144：2.南京工程学院智能电网产业技术研究院，江苏省南京市211167：3.国网山东省电力公司经济技术研究院，山东省济南市250000)Research on Grid-Forming Energy Storage Converters and Control StrategiesLI Jianlin',DING Ziyang',LIU Haitao',YANG Hang'(1.Energy Storage Technology Engineering Research Center,North China University of Technology.Shijingshan District.Beijing 100144.China:2.Smart Grid Industry Technology Research Institute,Nanjing Institute of Technology,Nanjing.211167,China;3.Shandong Power Economic Research Institute,State Grid Shandong Electric Power Company,Jinan 250000,Shandong Province,China)摘要：具有高比例新能源和高比例电力电子设备的新型电prospect.Based on this,this paper first briefly introduced the力系统是实现“双碳”目标的重要手段，但新型电力系统topology of energy storage converter,and selected its type也会带来一系列不稳定的问愿。在新型电力系统中，构网according to the control characteristics of GFM technology.型控制技术(grid-forming control technology,GFM具有电After that,a reasonable summary and analysis of the existing压支撑和主动惯量特性，以此替代同步机实现电网支撑，control strategies of GFM was made,the current research并猴持电力系统稳定性，因此GFM具有广阔的发展和应difficulties,problems and challenges in the development用前景。基于此，首先，对储能变流器的拓扑进行简要介process and the research prospects were put forward,and theideas for the construction of grid-forming construction were绍，并针对GFM技术的控制特点为其选型：其次，对于provided.现有的构网型拉制策略进行总结分析：最后，提出当前研究难点以及发展过程中所面临的问意和桃战，为构网型控KEY WORDS:new power system;grid-forming;converter.制技术今后的发展建设提供思路。topology;control strategy关键词：新型电力系统：构网型：变流器：拓扑：控制策路0引言ABSTRACT:The new power system with high proportion随若“双碳”目标推进，新型电力系统加速建设，新能源和电力电子器件在电力系统中占比important means to achieve the goal of "double carbon",butthe new power system will also bring a series of unstable不断增加，新能源取代传统能源也是发展的必然problems.In the new power system,grid-forming control趋势。然而，在此发展过程中也面临诸如系统强technology (GFM)has the characteristics of voltage support度削减、稳定性降低等问题。而构网控制技术的and active inertia,which can replace synchronous machine to出现能够极大程度避免此类情况的发生，其在realize grid support and maintain power system stability.Therefore,GFM has a broad development and application“双高”新型电力系统中，具有电压支撑和主动惯量支持特性，可代替同步机实现电网支撑，且具备在无需外电网的情况下带负荷运行的能力，进智能技术与装备协同创新中心开放基金项目XTCX202208):国网山东省电力公可司科技项目(52062522000D).而维持电力系统稳定性。从结构上看，构网型变Project was Supported by the Natural Science Foundation of Beijing流器从本质上是直流侧电压可保持恒定的电压源(21JC0026);Open Research Fund of Jiangsu Collaborative InnovationCenter for Smart Distribution Network (XTCX202208):Science and换流器，在孤岛模式和并网模式下皆可运行并提Technology Project of State Grid Shandong Electrie Power供黑启动，且能实现100%新能源接入，因此在新(52062522000D1.型电力系统领域发挥着越来越大的作用。680李建林等：构网型储能变流器及控制策略研究Vol.43 No.5目前已有学者针对构网型变流器展开相关研因此其难以适用于较高电压等级的储能系统。究，文献]对基础的单双级储能功率变换系统1.1.2双级式储能PCS拓扑(power conversion system,PCS)拓扑结构进行简双级式储能PCS拓扑比单级式增加了一个双要对比分析。文献「2]主要介绍了级联式储能PCS向DCDC变换器环节充当控制调节电压等级的作拓扑结构，并对其控制策略进行了总结。文献[3]用，如图2所示。由于单双级式储能PCS两者拓对构网控制技术的现状进行总结，并指出其现存扑结构相似，因此工作原理也大体一致。加入双的研发难点。目前，构网控制技术发展还在初期向DCDC变换器后减轻了高压蓄电池组的运行压阶段，上述文献对于构网型变流器的选型和具体力，使其容量配置更为灵活，一定程度上增大了控制策略的优劣并无针对性的解答。工作电压范围。但与此同时，加入双向DCDC变本文首先简要介绍基础的储能变流器拓扑结换器后能量损耗增加，不易于后续的控制。构，再对结构相对复杂的级联H桥和模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑进行总结，通过对储能PCS的对比分析，进而为构网型变流器的选型提供合理建议。其次，对构网型控制技术的现有控制策略进行介绍，得出各自控制特点和使用场景。最后，分析构网控制图2双级式储能PCS拓扑结构图面临的问题和挑战，并对其发展提供合理性建议。Fig.2 Topology diagram of bipolar energy storage PCS1构网型储能PCS拓扑结构1.1.3三电平储能PCS拓扑图3为三电平储能PCS拓扑图，其为典型的三1.1基础的储能PCS拓扑电平中点钳位型拓扑，相较于上述两拓扑能输出更1.1.1单级式储能PCS拓扑高的电平，有效提高变换器并网电流质量，降低系图1为单级式储能PCS拓扑结构图。其核心统共模电压对电池储能系统的冲击，但作为构网型环节仅由一脉宽调制(pulse width modulation,PCS用在新型电力系统中电压等级相对较低。PWM)变换器组成。其工作原理如下：首先由高压蓄电池组输出电能，通过PWM变换器进行逆变，再由LCL滤波和升压变压器调节控制，使输高出电压和电网适配，并最终回馈于电网。反之，电网中的交流电也可通过PWM变换器整流形成电池组直流电，并最终存储于高压蓄电池组中。其特点是：拓扑结构相对简单，技术较为成然，转换效率高。但需要较高的直流母线电压，且由于过多图3三电平储能PCS拓扑图Fig.3 Topology diagram of three-level energy storage的电池组串并联导致储能电池的管理难度提升，PCS1.2结构相对复杂的储能PCS拓扑12.1级联型储能PCS拓扑图4为级联型储能PCS拓扑图，相较于上述拓扑结构，其拓扑开关管数量增加，呈现为模块化结构，在构网型构建和新型电力系统建设领域图1单级式储能PCS拓扑结构图受到广泛关注4可。级联型储能PCS拓扑由功率转Fig.1 Topology diagram of single-stage energy storage PCS换系统和电池管理系统组成，其中PCS控制能量