使储能转换器与电网同步：方法和过程

将可再生能源资源并入电网需要开发先进的储能系统，其中电力转换系统（PCS）发挥着核心作用。这些系统对于维持稳定的电力供应并确保并网和离网模式之间的无缝过渡至关重要。本文深入研究了储能转换器与电网同步所涉及的各种方法和过程。

PCS简介及其在实验中的重要功能

PCS 是能量存储系统功能不可或缺的一项技术。它充当存储元件和电网之间的桥梁。 PCS 的主要功能包括将交流电转换为直流电（反之亦然）、确保电力质量以及控制进出电网的能量流。先进的PCS单元能够执行复杂的实验来测试和改进这些功能，从而提高储能系统的整体可靠性和效率。

并离网切换控制

PCS 在并网和离网模式之间切换的能力对于供电系统的可靠性至关重要。为此目的采用两种类型的控制策略：主动和被动。

主动离网切换

当检测到电网出现故障或不稳定时，就会发生主动离网切换。 PCS必须快速识别该问题并切换到离网运行模式以确保不间断供电。切换需要迅速执行，以尽量减少对负载和供电连续性的影响。

该过程通常涉及检测电网频率和幅度的异常情况。通过两种检测方法的结合，PCS可以对电网故障进行综合判断和快速检测。这样可以实现平稳过渡，不会对负载或电源产生任何重大影响。图1示出了从并网到离网的有源模式切换的波形图，强调了保持相电压和相电流符合离网运行要求的重要性。

无源离网开关

相反，当电网连接点的电压在设定数量的连续采样点内下降或上升超过特定阈值时，就会启动无源离网切换。这表明主网要么与微电网断开连接，要么发生故障。然后PCS自动切换到离网控制模式并触发主网开关断开。这种被动离网模式如图 2 所示，展示了无缝过渡以及检测电网连接点电压变化的重要性。

同步并网切换控制

重新连接到电网或电网同步同样重要，可以通过被动或自动控制来实现。

无源同步并网控制

被动同步涉及使用保护设备来管理电网连接。在重新连接到电网之前，储能变流器必须使其输出电压在幅度、频率和相位方面与电网电压同步。这是通过锁相环跟踪控制来实现的。图3概述了该过程，强调了同步保护装置的作用以及安全重新连接到电网的条件。

自动同步并网控制

自动同步控制使PCS能够自主确定同步点，无需依赖外部同步保护装置。 PCS检测电网侧电压，收到监控系统的同步命令后，开始跟踪电网相位。一旦相位跟踪完成，发出并网合闸指令，合闸开关，实现与电网同步。此过程如图 4 所示。

离网非线性负载处理和谐波消除

当带有 PCS 的储能系统在具有较大非线性负载的情况下离网运行时，输出电压可能会严重失真。当整流器电气设备不受控制时，这尤其成问题。必须采用谐波抑制方法来确保维持电力质量并防止损坏敏感设备。图 4 和图 5 比较了有谐波抑制和无谐波抑制的输出电压波形，证明了这些方法的有效性。

离网开关负载

离网时处理开关负载的能力是 PCS 的另一个重要方面。图7为开关电抗器离网和带载时的负载波形。 PCS 必须能够管理这些动态负载条件，而不会导致电源不稳定。

离网黑启动控制

黑启动是指在不依赖外部电力的情况下恢复电站运行的过程。 PCS 在此过程中发挥着关键作用，尤其是在微电网场景中。图 10 显示了减载过程以及 PCS 如何管理转换，其中绿色波形代表直流输出电压，紫色波形代表 PCS 输出电压。

多机并行运行测试

多个 PCS 单元并行运行的能力对于储能系统的可扩展性和冗余性至关重要。图 11 显示了两台 50kW PCS 单元和一台 100kW PCS 的并行运行，全部运行在可调 RLC 负载下。该图展示了即使一台 PC 离线或恢复在线时，各单元如何分担负载并保持稳定运行。

图 12 进一步展示了三个 PCS 单元与电阻负载并联运行以及随后引入的电机负载的性能。对电流和电压的影响最小化，表明 PCS 单元有效地管理功率均衡并确保在变化的负载下平稳运行。

结论

储能转换器与电网的同步涉及一系列旨在保持供电系统稳定性、效率和可靠性的方法和过程。 PCS 技术是这些操作的核心，提供关键的控制功能，允许并网和离网模式之间的无缝转换、处理非线性负载并促进黑启动操作。随着对可再生能源需求的增长，PCS 的作用和同步技术的复杂性对于确保弹性和可持续的能源基础设施将变得越来越重要。