李 新, 杨苒晨, 邵雨亭, 胡耀威, 陈国柱

(浙江大学电气工程学院, 浙江省杭州市 310027)

0 引言

近年来,风电等可再生能源装机容量、电压等级不断上升,而其间歇性和不确定性特点以及区域电网消纳有限等问题造成了广泛的“弃风弃光”现象[1],同时给电力系统调度和优化运行带来挑战[2-3]。

电池储能系统(battery energy storage system,BESS)成为解决上述问题的有效途径之一[4]。受电池特性及传统两电平或三电平拓扑耐压影响,现有BESS电压等级、系统容量较低,难以适应大规模可再生能源系统的功率波动、维持微电网稳定等。而级联H桥变流器的模块化特点可实现单机系统高压、大容量化,成为大规模储能发展方向[5]。

传统的储能系统控制方法响应快、控制灵活,但同时具有低阻尼、低惯性的不足。随着新能源对电网渗透率不断提高,电网转动惯量降低,使得电力系统频率稳定性、运行安全性逐渐降低[6-7]。为此,学者提出虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的控制方法[8-9],通过引入虚拟惯量提高系统的阻尼,增强电网稳定性[8],而级联H桥变流器阻抗小、调节快速、灵活,因此VSG控制的建模分析及参数整定对系统稳定性至关重要。文献[10-11] 通过建立VSG有功环路传递函数分析了虚拟惯性和阻尼系数与控制性能的关系,但未对VSG无功功率—电压调节特性进行分析。文献[12]建立了VSG控制的工频小信号模型,给出了参数快速设计方法,但并未考虑交流侧阻抗特性对模型完整性及控制分析的影响。

此外,受电池特性差异及外部环境影响,子模块电池荷电状态(SOC)存在不平衡现象,进而造成电池的过充、过放,影响系统寿命[13]。……