构网型储能变流器自适应低电压穿越控制策略

1 构网型储能变流器的结构

构网型储能功率转换装置是一种实现蓄电池直流电与电网交流电相互转换的关键设备。该装置主要由直流端滤波电容、可逆 DC-DC 转换模块以及交流端逆变单元等核心部件构成。

直流端滤波电容承担着稳定直流电压的重要功能，能有效抑制电压波动现象，同时显著提升系统运行平稳度与动态响应性能。可逆 DC-DC 转换模块作为连接蓄电池与逆变单元的关键环节，其核心功能在于调节蓄电池输出电压至电网适配范围，确保不同负载条件下实现最优能量转换效率。在蓄电池充电工况下，该模块可将电网交流电转换为直流电向蓄电池输送；而在放电模式下，则负责将蓄电池直流电转换为交流电，经由逆变单元馈入电网系统。

逆变器作为网侧储能变流系统的关键组件，承担着直流电能向电网标准交流电转换的重要功能。该装置普遍运用脉宽调制控制技术，通过动态调整功率器件的导通比与工作频率，实现对输出电能参数的有效调控。为确保供电品质符合电网规范，逆变装置还需结合比例积分调节器或改进型控制策略，维持输出电压的稳定性与波形质量。

2 暂态电压失稳原因分析

2.1 短路故障

电力系统暂态电压失稳现象往往由短路故障直接引发。在短路故障发生时，故障位置周边线路的电流会骤然飙升，大量有功功率和无功功率被短路通道消耗，造成电网电压呈现断崖式下降。以典型的三相短路为例，故障点三相电压将骤降至零值，邻近区域的电压水平也会出现显著下滑。这种电压骤降现象会严重干扰该供电区域内各类电气设备的正常工作，例如电机可能由于电压不足而发生停转，进而加重系统的功率不平衡状态，倘若电压无法快速恢复，极有可能导致电压崩溃。

2.2 大容量负荷切换操作

在工业生产和居民用电场景中，大型设备的启停操作以及用电高峰期的负荷剧烈波动，都会对电力网络的瞬时电压调节能力造成显著冲击。当电网受到负荷骤增时，其有功功率和无功功率需求会急剧攀升，容易引发电压跌落现象；反之，当负荷突然减少时，电网可能出现功率盈余，导致电压抬升。若系统缺乏快速响应机制来应对这种负荷突变，将会产生明显的电压振荡，最终危及电网的暂态稳定运行。

2.3 新能源发电功率波动问题

随着清洁能源在电力结构中的比重不断提升，风能、太阳能等可再生能源发电的随机性和不稳定性对电网暂态电压调节的负面影响愈发突出。具体表现为：当受到风速突变或云层遮挡导致光伏出力骤降时，电网功率平衡将被打破，直接影响电压稳定性能。在系统暂态响应过程中，此类功率扰动可能与其他突发故障产生叠加效应，显著增加电压失稳的可能性。

3 自适应低电压穿越控制策略

3.1 直流侧功率控制

直流侧功率调节是储能变流器运行中的关键环节。在工程实践中，储能电池的工况持续波动，同时电网负载需求也在实时变化，这就要求系统能够依据电池当前状态和电网实际需求动态调整直流侧功率输出。这种调节机制要求变流器具备灵敏的响应能力和精准的调控手段。

在直流侧功率调节方案中，既可采用经典的 PID 控制技术，也可选择更为先进的模型预测控制策略。PID 控制器通过误差信号的闭环反馈，能够实现较为理想的稳态控制效果。然而考虑到储能变流器固有的非线性特性和时变特征，在极端工况下 PID 控制器的性能表现会受到明显制约。

针对 PID 控制的不足，模型预测控制方案展现出显著优势。该算法依托系统模型对未来运行状态进行预判，通过优化计算得出最优控制指令。这种控制方式不仅能有效处理多变量耦合系统，还能充分考虑各类运行约束，在鲁棒性和控制精度方面都具有突出表现。

3.2 逆变器输出电压调控

储能变流器运行过程中，交流电输出品质的管控尤为关键。该环节的核心任务在于实现直流电向符合电网标准的交流电转换，同时确保输出电能参数的可靠性。工程实践中，为有效抑制逆变装置输出波形畸变等异常现象，通常需要运用脉宽调制技术进行精确调控。

脉宽调制方法通过将电信号离散化为若干频率各异的脉冲序列，并精准调节其幅度与导通比，最终达成对输出电能参数的精细调整。在逆变系统的控制回路设计中，可选用比例积分微分调节器或智能优化算法来维持输出电压的稳定性。具体而言，比例积分微分调节器借助闭环反馈机制实施精准电压调控，而智能优化算法则依托系统建模的优化途径产生最佳控制方案，展现出更强的抗干扰特性和调节精确度。

此外，逆变器输出电压调节还需兼顾电网负荷特性及其动态变化。针对电网运行需求，可灵活选用差异化控制方案以适应各类负载工况。具体而言，在轻载运行条件下，可运用频率调节技术获取更优的电压调节精度；当处于重载工况时，则适宜采用脉宽调制方式提升功率输出能力。

3.3 储能单元运行状态监控与安全防护

储能单元运行状态监控与安全防护构成储能变流器系统的关键环节。鉴于储能单元的使用年限、充放电工况等要素均会显著影响储能系统的运行参数与整体性能，必须实时采集储能单元的运行数据，并据此实施相应的安全防护措施。

储能单元的运行状态由多项关键指标构成，包括电流、电压值以及温度变化等。这些运行参数能够借助传感装置实现不间断采集，相关数据会被传输至中央处理平台进行解析运算。在数据处理环节，可运用智能算法与模式识别技术对采集信息进行深度分析，从而及时发现储能设备的异常状况并启动相应的保护机制。

以蓄电池组为例，当检测到电压波动或电流超出预设阈值时，系统会立即执行安全预案，包括调节输出功率或中断充放电流程。同时，温度监控同样不可或缺，这能有效预防因电池过热引发的安全隐患。

3.4 系统协作与信息交互

构网型储能变流器在电网暂态电压调节过程中，需与系统内各类电气装置形成联动机制。具体而言，该装置需与同步调相机、静止无功发生器（SVG）等动态补偿设备形成互补关系，协同保障系统无功供需平衡与节点电压平稳。当系统受到短路等突发扰动时，变流装置应依据调度中心的统一指令，与其他调节设备形成有序配合，科学分配动态无功支撑任务。通过构建多层级协调控制系统，可有效规避设备间的调节冲突，显著提升电力网络的暂态电压支撑能力。确保构网型储能变流器与电网设备间的协同运行，必须依托于高可靠性的信息交互系统。建议部署低时延、高可靠的通信架构，例如采用光纤专网或 5G 无线通信方案，以保证变流装置能够实时获取全网运行参数，同时将其运行工况与调控指令精准传输至关联设备。在数据交互环节，需要实施严格的信息安全防护措施，包括采用AES-256 加密算法对传输报文进行加密处理，防范数据泄漏风险；同时引入 SHA-256 哈希校验机制，确保传输信息的完整性与真实性。

结论

构网型储能技术具备诸多技术优势，且已开始陆续应用，其功能、性能、稳定性和安全性正在随着工程项目开展验证和应用实践。控制策略能够有效地实现构网型储能变流器在全生命周期内的稳定运行和可靠控制，提高储能系统的性能和电力系统的稳定性。在未来的研究中，可以进一步优化控制策略，提高变流器的效率和可靠性，为可再生能源的大规模接入和电力系统的可持续发展提供更加有力的支持。

参考文献

[1]刘雨姗,陈俊儒,常喜强,等.构网型储能变流器并网性能的多层级评价 指标体系及应用[J].中国电力,2025,58(03):193-203.

[2]唐伟瀚.储能变流器的稳定性增强控制技术研究[D].电子科技大学,2024.

[3]闫昊.构网型储能变流器控制策略研究[D].北方工业大学,2023.