来源：快猛电池 发布日期：2026-06-03 19:12:24

电化学储能体系（ESSs）在提高电网安稳性方面得到广泛研讨。但是，ESSs的自安稳性仍不明确，且在弱电网条件下面对要害变流器驱动的不安稳危险。现行小信号模型将ESS的直流环节不精确地简化为抱负电压/电流源，疏忽了由能量状况（SOE）、循环等要素引起的电池等效电压与阻抗变化。本文提出一种改进型dq-根据电池戴维南等效电路动态特性的阻抗模型填补了这一空白。该模型经过对电池-电力电子相互效果进行小信号线性化，量化了直流-沟通耦合特性，并在800V/150kW锂离子电池簇硬件试验和模仿中得到验证。模仿成果证实该模型能精确表征储能体系阻抗特性，与疏忽电池动态进程的传统办法相比明显降低了差错。当用于不安稳危险评价时，所提模型经过大幅缩小电网强度区间内的误判预测范围，使振动危险辨认精确率提高69.93%∼82.71%，然后经过所提出的储能体系阻抗建模办法，可更精准掌握弱电网条件下储能体系的安稳运转危险。

引言

电化学储能体系（ESSs）已广泛使用于发电、输电和配电网络，其首要功用包含为可再生能源发电机（RPGs）提供功率滑润、频率调理以及故障穿越支持[1,2]。ESSs一般经过电压源换流器（VSCs）与电网衔接。但是，很多研讨表明，VSCs与弱电网之间的相互效果或许引发换流器驱动的安稳性问题[3]。这些不安稳性首要表现为低频振动、次/超同步振动以及高频振动。
2024年，我国山东与湖南两省的6座储能电站观测到频率介于0.5~1.7 Hz的异常功率振动现象，持续时间达14~600秒。尽管这些振动的底子成因仍在研讨中，现有文献指出锁相环（PLL）动态特性和直流母线动态是引发此类失稳现象的首要诱因[4,5]。例如文献[6,7]专门剖析了锁相环动态特性对电流操控功能的影响。研讨成果表明，在弱电网条件下，锁相环动态特性会恶化电压源换流器（VSCs）的输出阻抗特性，然后损害小信号安稳性。一起，直流母线参数被证实会加剧并网体系的小信号失稳危险[8,9]，在特定功率流向条件下甚至或许出现负阻抗特性，终究导致体系失稳。
为量化此类不安稳危险，有必要进行小信号安稳性剖析。现有两种首要办法：状况空间法和根据阻抗法。尽管状况空间法能提供完整的模态信息，但其核算复杂度高且解耦特定动态的才能有限，阻碍了在并网VSC中的实际使用。根据阻抗法则能直观表征VSC特性，并可经过奈奎斯特原则直接评价VSC与电网交互的安稳性[10]。
尽管阻抗建模具有解析优势，但其精度要害取决于对直流环节的精确表征——这一组件在现有研讨中常被过度简化。主流办法一般将VSC直流环节简化为抱负电压源[6][[11], [12], [13]]，或仅重视操控环动力学，例如电压/功率交互效果[14]和频率耦合效应[15]。以文献[16]为例，该研讨提出了一种考虑直流链路电容器与电压的安稳直流链路电压操控战略，以增强构网型变流器的暂态安稳性。[17]将直流母线简化为可控电流源与电容的组合，剖析了由直流母线电容非最小相位特性引发的次同步振动现象。[18]研讨了弱电网条件下电压源换流器在直流母线电压操控时间尺度上的动态交互效果。但是这些研讨首要聚集于操控战略或仍局限于电容动态特性，对直流侧要害元件的建模仍存在简化处理。对于储能体系而言，电池簇/阵列一般采用戴维南等效电路或二阶阻容(RC)网络，其经过RC元件物理模仿电荷转移动力学[19,20]。蓄电池经过电力电子设备与VSC衔接，等效参数直接决议直流母线阻抗[21]。此外，这些参数表现出状况依赖性变化。例如，开路电压且RCOCV这些参数值会随荷电状况(SOE)和老化程度发生明显变化[[22], [23], [24]]。因而，疏忽电池等效电路模型且未考虑电池单元的电化学动态特性，将导致阻抗推导成果出现重大差错，然后阻碍对储能体系试点项目和演示工程中振动危险的牢靠评价。RC values shift significantly with state-of-energy (SOE) and aging degradation [[22], [23], [24]]. Consequently, disregarding battery equivalent circuits and neglecting the electrochemical dynamics of battery units introduces critical inaccuracies in the derived impedance, impeding reliable assessment of oscillation risks in ESS pilot projects and demonstrators.
请注意，本论文将SOE（state-of-energy）引入小信号建模，而非传统的荷电状况（SOC）。这是因为SOE指标采用功率积分方式，将电池电压归入被积函数，然后内在涵盖了由内阻、电化学反应以及充放电循环中开路电压（OCV）下降导致的能量损耗。由于温度、老化及放电速率等要素会明显影响电压特性[25]，经过SOE将电压归入状况描绘，可更精确直接地量化电池组实际剩下可用能量[26]。这一特性对并网储能体系的安稳性剖析至关重要，因而在相关领域获得广泛使用[27,28]。
近期研讨在电压源换流器（VSC）阻抗建模方面获得发展，经过归入死区效应与时延[29]、直流链路电压动态[8,12,30]以及采样滤波器[31]等要素完善了模型。但是现有结构仍忽视了电池等效电路参数对储能体系（ESS）阻抗特性的要害影响。为跨链桥这一研讨空白，本文构建了一个体系化的dq本研讨提出了一种将电池动态特性整合至直流母线表征的阻抗模型。该模型经过电池等效电路的小信号线性化办法，明确（Explicit）耦合了沟通电网相互效果与直流侧电池行为，然后可直接量化电池参数如何重塑储能体系（ESS）阻抗特性。此外，所提模型能经过更新源于荷电状况（SOE）与老化工况的RC参数值来习惯参数变异性，因而可精确捕捉实际运转状况下ESS阻抗的动态演化。和OCVRC源自荷电状况/老化条件推导的数值 values derived from SOE/aging conditions, and therefore captures ESS impedance evolution under real-world operating states.
本文的奉献在于：1) 一种电池嵌入式dq根据电池等效电路参数构建了阻抗结构模型，并经过联合模仿与试验测验进行验证，其中RC参数经过储能体系的有功功率操控测验辨识得出。2）经过模仿对比所提模型与采用抱负直流母线电压源的传统VSC阻抗模型精度，成果表明疏忽电池动态特性会导致危险的危险误判，该模型对牢靠的储能体系安稳性剖析具有不可或缺的效果。
本文其余部分安排结构如下：第二章阐述体系配置，介绍两级VSC拓扑结构、戴维南电池等效电路模型及并网跟随型（GFL）操控战略，此为本文阻抗建模与剖析的理论基础。第三章重点论述本研讨的核心奉献——dq-包含电池等效电路参数的阻抗模型，推导出描绘直流环节/沟通电网相互效果的解析表达式。第四节经过对比理论阻抗谱与模仿成果，对模型验证进行全面评价，并在不同短路比(SCRs)条件下进行安稳性对比剖析，以所提模型与抱负电压源等效模型为对照。第五节总结并概述了本文的核心奉献。