【西安交通大学】2024分布式储能中多变流器系统构网控制与振荡分析报告_50页_4mb

分布式储能中多变流器系统构网控制与振荡分析总结

核心内容

本研究聚焦于分布式储能系统中多变流器的构网控制技术及其系统振荡问题，旨在提升储能系统的稳定性与功率分配精度。通过对比主从架构与对等架构，提出基于虚拟阻抗逐次逼近和交流小信号同步的控制策略，以解决多变流器系统在离网并联运行中的功率分配与频率电压控制问题。

主要观点

1. 系统架构对比

• 主从架构：依赖主电源，可靠性较低，变流器之间耦合弱。
• 对等架构：各变流器独立控制，可靠性高，变流器之间耦合强，更适合分布式储能应用。

2. 构网控制技术

• 功率分配控制：通过虚拟阻抗调控，解决线路阻抗差异导致的无功功率不均分问题。
  • 传统Q-V下垂控制等效于使用相同虚拟阻抗降低支路总阻抗差异。
  • 采用不同虚拟阻抗补偿线路阻抗差异，实现精确功率分配。
• 频率电压控制：
  • 基于交流小信号同步的控制方法，通过注入小信号频率，实现频率和电压的二次控制。
  • 通过构建闭环负反馈，实现对功率分配的解耦控制。
  • 高频交流小信号方法避免了频率和功率振荡，具有良好的动态性能。

3. 技术瓶颈与解决方案

• 虚拟阻抗调整方向获取：依赖负载信息，将无功功率均分。
• 频率与功率振荡问题：通过高频交流小信号同步方法，避免谐波干扰，提升控制精度。
• 系统建模与分析：基于端口频率特性进行系统建模，考虑基波频率动态行为。
  • 回率矩阵等效拆分，有效简化系统振荡分析。
  • 有功下垂通道显著强于无功下垂通道，可显著简化系统振荡分析。

关键信息

1. 储能系统发展现状

• 2022年我国电力储能累计装机规模已突破一定数值。
• 近10年新型储能累计装机规模快速增长，其占比已突破20%。

2. 应用场景

• 电源侧储能：用于新能源高效消纳、调峰调频。
• 电网侧储能：增强供电保障能力、提升应急保障能力。
• 用户侧储能：实现分布式供能、定制化用能、峰谷电价盈利。

3. 控制策略

• 虚拟阻抗逐次逼近法：通过估算和调节虚拟阻抗，实现功率分配与电压质量提升。
• 交流小信号同步控制：无需通讯，通过小信号频率同步实现频率与电压的精确控制。
• 高频小信号注入：避免频率与功率振荡，提升动态性能。

4. 实验验证

• 实验结果表明，基于高频小信号同步的控制方法在功率分配和频率电压控制方面具有显著优势。
• 回率矩阵特性与理论分析一致，主对角元奈奎斯特轨迹可用于判定系统稳定性。

5. 系统振荡分析

• 多变流器系统中，变流器间存在基波频率动态相互作用，需通过端口频率特性进行刻画。
• 有功下垂通道对系统振荡影响显著，可有效简化分析。

结论

• 对等架构更适合分布式储能系统的应用，能够提升系统的可靠性与灵活性。
• 基于虚拟阻抗自适应调节和交流小信号同步的控制方法不依赖通讯，能有效实现功率分配与电压质量提升。
• 高频交流小信号注入方法可避免频率与功率振荡，提升系统动态性能。
• 系统建模与分析表明，有功下垂通道对系统振荡影响显著，可显著简化系统振荡分析。

参考文献

• Liu Z, Liu J, Liu J. Successive-Approximation-Based Virtual Impedance Tuning Method for Accurate Reactive Power Sharing in Islanded Microgrids[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, 36(1): 87-102.
• Liu B, Wu T, Liu Z, Liu J. A Small-AC-Signal Injection-Based Decentralized Secondary Frequency Control for Droop-Controlled Islanded Microgrids[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, 35(11): 11634-11651.
• Shi Y, Liu Z, Wang J, Liu J. A Small-AC-Signal Injection Based Decentralized Secondary Voltage Control for Parallel Inverters with Accurate Reactive Power Sharing in Islanded Microgrids [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2023.

系统关键参数