王凤和许建中（华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室）于2024年12月1日在《电力系统保护与控制》（Power System Protection and Control）第52卷第23期发表了一项关于构网储能型SVG（Static Var Generator）自适应限流策略的研究。该研究针对新能源并网系统中构网型储能SVG在电网对称故障下易发生过流的问题，提出了一种创新的自适应虚拟导纳限流策略，并通过理论分析和仿真验证了其有效性。

学术背景

随着“双碳”目标的推进，风电、光伏等新能源发电占比显著提升，但电力电子设备的高渗透率导致电网强度减弱，传统以同步发电机为核心的电网结构面临电压和频率稳定性挑战。静止无功发生器（SVG）因其快速响应和低成本优势，成为新能源场站无功补偿的主流设备。然而，传统跟网型（Grid-Following, GFL）SVG依赖锁相环（PLL），在弱电网中易引发小干扰失稳和次同步振荡问题。构网型（Grid-Forming, GFM）控制通过模拟同步发电机外特性，自行生成电压幅值和相位，更适合弱电网场景。但构网型变流器在电网故障时内电势保持恒定，可能产生危害性短路电流。现有针对两电平电压源型换流器（VSC）的限流策略（如电流限幅法、电压限幅法、虚拟阻抗法）存在瞬态过电流、恢复缓慢或高频噪声干扰等问题，而针对构网型SVG的限流研究较少且存在适应性不足的缺陷。因此，本研究旨在开发一种兼顾电压源特性和限流效果的自适应策略。

研究流程与方法

1. 拓扑结构与控制策略设计
   研究以级联H桥型储能SVG（ESVG）为对象，其主电路由星接的级联H桥逆变器和超级电容储能系统组成，通过双有源桥（DAB）DC/DC变换器耦合。控制策略包括：

   • 构网型同步控制：模拟同步调相机二阶模型，通过虚拟惯性和阻尼实现频率同步。
     
   • 功率控制环：采用无功-电压下垂控制生成内电势幅值指令，有功控制环通过虚拟导纳生成电流参考值。
     
   • 储能容量配置：基于暂态电压支撑和惯量需求（式14-16），计算超级电容容量需满足10 kWh。
     

2. 自适应虚拟导纳限流策略开发

   • 故障检测：通过PCC（并网点）三相电压幅值最小值触发限流信号（S1），电流幅值超过阈值（1.2 p.u.）时激活策略（S2）。
     
   • 虚拟阻抗计算：综合考虑电压矢量幅值和相位变化（式22），引入修正阻抗（errorZ）补偿相位差，并通过PI控制器动态调整虚拟电阻（rv）和电感（Lv）。
     
   • 电压前馈与清零机制：将虚拟阻抗增量产生的电压降（式24）叠加至电压环，故障切除后通过电流检测（S3）清零虚拟阻抗，确保策略可重复性。
     

3. 稳定性分析
   通过电流闭环传递函数（式27）和波特图分析虚拟阻抗比（σ=rv/ωLv）的影响：σ越小，截止频率越高但阻尼比降低；σ=2时兼顾响应速度与稳定性（图10）。

4. 仿真验证
   在PSCAD/EMTDC中搭建含ESVG的直驱风电并网模型（风电容量400 MW，ESVG容量120 MVA），对比三种限流策略：

   • 策略1（直接限幅法）：故障恢复期瞬态过电流达2.36 p.u.。
     
   • 策略2（相位优先法）：过电流1.84 p.u.，无功功率恢复缓慢。
     
   • 新策略：过电流仅1.008 p.u.，无过电压，且子模块电容电压恢复速度最快（图11，表2）。
     

主要结果与结论

1. 虚拟阻抗比优化：σ=2时系统稳定性最佳，工频跟踪能力强且功率振荡小（图10）。
   
2. 限流性能：新策略在故障期间将电流限制在1.2 p.u.以内，故障切除后0.2 s内恢复，且电压支撑能力优于对比方法（PCC电压无过冲）。
   
3. 机制创新：电压前馈和虚拟阻抗清零环节解决了传统方法瞬态过流和恢复延迟的问题。
   

研究价值与亮点

• 科学价值：揭示了虚拟阻抗比对构网型SVG稳定性的影响规律，提出了兼顾电压源特性与限流效果的自适应控制框架。
  
• 应用价值：为新能源场站中构网型SVG的故障穿越提供了可靠解决方案，可降低设备过流风险并提升电网恢复速度。
  
• 创新点：
  
  1. 首项针对级联H桥型ESVG的构网限流策略，填补了该领域研究空白。
     
  2. 融合电压矢量幅值/相位双重修正的自适应虚拟导纳算法，精度高于现有方法。
     
  3. 清零机制设计保障了策略的重复可用性，工程实用性强。
     

其他亮点

研究还明确了储能容量的配置原则（式16），为ESVG的暂态支撑能力量化提供了理论依据。仿真模型参数基于实际工程（如闽粤联网SVG），增强了结论的可信度。