儲能變流器(或逆變器)的工作模式大致可分為跟網(wǎng)型和構(gòu)網(wǎng)型。這兩種工作模式的原理對比如下圖所示,其中(a)為跟網(wǎng)型,(b)為構(gòu)網(wǎng)型。(出處:Grid Forming Inverter Modeling, Control, and Applications, IEEE Access)
如圖(a)所示,變流器工作在跟網(wǎng)型模式的行為可以近似等效去控制一個與大電阻并聯(lián)的電流源,即對外的特性近似是電流源,在一定范圍內(nèi)提供恒定的電流。跟網(wǎng)型變流器測量并網(wǎng)點(diǎn)的電壓Vpcc并通過鎖相環(huán)(PLL)計算出電壓的相位。
然后,通過改變終端電壓去獲得期望的電流分量(Id, Iq),并通過分別控制注入的Id和Iq實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的輸出。這種模式下,電網(wǎng)僅僅提供參考電壓。變流器輸出的電壓波形保持與電網(wǎng)同步,必須依賴于電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率才能把電能饋入電網(wǎng)。
如圖(b)所示,變流器工作在構(gòu)網(wǎng)型模式的行為可以近似等效去控制一個與小電阻串聯(lián)的電壓源,即對外的特性近似是電壓源,在一定范圍內(nèi)提供恒定的電壓。
與跟網(wǎng)型模式不同的是,構(gòu)網(wǎng)型模式并不為了實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步而測量Vpcc,而是直接構(gòu)造Vpcc去調(diào)整輸出功率。它可以自己建立參考的電壓和頻率,無需與電網(wǎng)的電壓和頻率進(jìn)行錨定,因而也可運(yùn)行在與大電網(wǎng)脫離的狀態(tài)(孤島狀態(tài))。
目前電力系統(tǒng)中大多數(shù)變流器是工作在跟網(wǎng)型模式,跟蹤測量電網(wǎng)的電壓和頻率,并向電網(wǎng)輸入一定的功率,它的優(yōu)點(diǎn)是可以最大程度饋入有功功率,實(shí)現(xiàn)最大的能量收益。當(dāng)跟網(wǎng)型變流器接入電網(wǎng)的數(shù)量不斷增大時,即使微小的負(fù)荷波動也會觸發(fā)變流器產(chǎn)生過度反應(yīng),導(dǎo)致并網(wǎng)儲能系統(tǒng)出現(xiàn)大面積脫網(wǎng),甚至引發(fā)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰。
構(gòu)網(wǎng)型控制模式的逆變器以維持輸出恒定交流電壓為目標(biāo),可以有助于電網(wǎng)保持穩(wěn)定。此外,構(gòu)網(wǎng)型變流器還可提供故障穿越、黑啟動及有功無功穩(wěn)定功能,最終實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供電,然而,構(gòu)網(wǎng)型變流器必須在穩(wěn)定與最大能量收益之間進(jìn)行折中。
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