Coordinated Optimal Reactive Power Control of Renewable Energy Base Considering Grid-forming Energy Storage Station

LIN Li; MA Xiaohan; DING Wenmin

doi:10.7500/AEPS20230922001

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Coordinated Optimal Reactive Power Control of Renewable Energy Base Considering Grid-forming Energy Storage Station

Grid-forming Technology | 更新时间：2025-06-16

- Coordinated Optimal Reactive Power Control of Renewable Energy Base Considering Grid-forming Energy Storage Station
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 1, Pages: 59-68(2025)
- 作者机构：
  
  华北电力大学电气与电子工程学院，北京市 102206
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2022YFB2402700)
- DOI：10.7500/AEPS20230922001
  CLC：
- Received：22 September 2023，
  
  Revised：2024-02-23，
  
  Published Online：15 April 2024，
  
  Published：10 January 2025
- 稿件说明：
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林俐,马笑寒,丁文敏.计及构网型储能电站的新能源基地无功协调优化控制[J].电力系统自动化,2025,49(1):59-68.

LIN Li,MA Xiaohan,DING Wenmin.Coordinated Optimal Reactive Power Control of Renewable Energy Base Considering Grid-forming Energy Storage Station[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):59-68.
林俐,马笑寒,丁文敏.计及构网型储能电站的新能源基地无功协调优化控制[J].电力系统自动化,2025,49(1):59-68. DOI： 10.7500/AEPS20230922001.

LIN Li,MA Xiaohan,DING Wenmin.Coordinated Optimal Reactive Power Control of Renewable Energy Base Considering Grid-forming Energy Storage Station[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):59-68. DOI： 10.7500/AEPS20230922001.

摘要

与传统火电主导的系统相比，缺乏同步电源支撑的新能源基地呈现低抗扰性和弱支撑性，采用构网型储能电站(GFMS)是一种有效的解决方案。文中首先对GFMS控制原理进行分析，确定了稳态及动态条件下GFMS的功率调节范围，并建立了GFMS运行模型。然后，提出了考虑GFMS辅助治理的无功协调优化控制策略，以适应无功协调优化及实时电压支撑需求。在无功协调优化阶段，以经济性最优和动态无功预留容量最大为目标，对无功源进行日前-日内集中优化；在实时电压支撑阶段，提出了一种基于并网点电压支撑需求的GFMS电压控制策略。选取中国西北地区某缺乏同步电源支撑的新能源基地为算例进行仿真，验证所提策略的有效性。结果表明，所提无功协调优化控制策略有效提高了新能源基地安全稳定水平，充分发挥了GFMS的作用。

Abstract

Compared with traditional thermal power-dominated systems

renewable energy bases that lack synchronous power supply support exhibit low immunity and weak support. The use of grid-forming energy storage station (GFMS) is an effective solution. First

the control principle of GFMS is analyzed

the power adjustment ranges of GFMS under steady-state and dynamic conditions are determined

and a GFMS operation model is established. Then

a coordinated optimal reactive power control strategy considering GFMS auxiliary governance is proposed to adapt to reactive power coordinated optimization and real-time voltage support requirements. In the reactive power coordinated optimization stage

day-ahead and intra-day centralized optimization of reactive power sources is carried out with the goal of optimizing economic efficiency and maximizing dynamic reactive power reserve capacity. In the real-time voltage support stage

a GFMS voltage control strategy is proposed based on voltage support requirements of the grid-connected point. A renewable energy base in the northwest region of China that lacks synchronous power supply support is selected as a case for simulation to verify the effectiveness of the proposed strategy. The results show that the proposed coordinated optimal reactive power control strategy effectively improves the security and stability level of the renewable energy base and gives full play to the role of GFMS.

关键词

Keywords

references

文云峰，杨伟峰，汪荣华，等 . 构建100%可再生能源电力系统述评与展望［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1843 - 1856 .

WEN Yunfeng ， YANG Weifeng ， WANG Ronghua ， et al . Review and prospect of toward 100% renewable energy power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1843 - 1856 .

王康，李子恒，杨超然，等 . 面向大型新能源基地小干扰稳定性提升的调相机选址方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 66 - 74 .

WANG Kang ， LI Ziheng ， YANG Chaoran ， et al . Siting method of synchronous condenser for small-signal stability improvement of large-scale renewable energy base ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 66 - 74 .

沈广进，辛焕海，刘昕宇，等 . 大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 20 ）： 100 - 108 .

SHEN Guangjin ， XIN Huanhai ， LIU Xinyu ， et al . Analysis on synchronization instability mechanism and influence factors for condenser in large-scale renewable energy base ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 20 ）： 100 - 108 .

WU H ， WANG X F . Control of grid-forming VSCs： a perspective of adaptive fast/slow internal voltage source ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2023 ， 38 （ 8 ）： 10151 - 10169 .

胡宇飞，田震，查晓明，等 . 构网型与跟网型变流器主导孤岛微网阻抗稳定性分析及提升策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 121 - 131 .

HU Yufei ， TIAN Zhen ， ZHA Xiaoming ， et al . Impedance stability analysis and promotion strategy of islanded microgrid dominated by grid-connected and grid-following converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 121 - 131 .

王新宝，葛景，韩连山，等 . 构网型储能支撑新型电力系统建设的思考与实践［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 5 ）： 172 - 179 .

WANG Xinbao ， GE Jing ， HAN Lianshan ， et al . Theory and practice of grid-forming BESS supporting the construction of a new type of power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 5 ）： 172 - 179 .

彭志强，卜强生，袁宇波，等 . 电网侧储能电站监控系统体系架构及关键技术［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 10 ）： 61 - 70 .

PENG Zhiqiang ， BU Qiangsheng ， YUAN Yubo ， et al . Architecture and key technologies of a monitoring and control system for an energy storage power station ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 10 ）： 61 - 70 .

吴琛，刘晨曦，黄伟，等 . 提升新能源电力系统稳定性的构网型变流器选址定容方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 130 - 136 .

WU Chen ， LIU Chenxi ， HUANG Wei ， et al . Siting and sizing method of grid-forming converters for improving stability of power system with renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 130 - 136 .

HE H ， LI J ， ZHAO W Z ， et al . Reactive power and voltage optimization of new-energy grid based on the improved flower pollination algorithm ［J］. Energies ， 2022 ， 15 （ 10 ）： 3653 .

EBEED M ， ALHEJJI A ， KAMEL S ， et al . Solving the optimal reactive power dispatch using marine predators algorithm considering the uncertainties in load and wind-solar generation systems ［J］. Energies ， 2020 ， 13 （ 17 ）： 4316 .

ZHOU Y ， LI Z S ， WANG G R . Study on leveraging wind farms’ robust reactive power range for uncertain power system reactive power optimization ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 298 ： 117130 .

秦睿，董开松，刘海燕，等 . 大容量储能电站在输电网送端应用分析评估［J］. 电网与清洁能源， 2015 ， 31 （ 3 ）： 52 - 57 .

QIN Rui ， DONG Kaisong ， LIU Haiyan ， et al . Application analysis and evaluation for large-capacity energy storage power plant at the sending end of the grid ［J］. Power System and Clean Energy ， 2015 ， 31 （ 3 ）： 52 - 57 .

GUO Y F ， WU Q W ， GAO H L ， et al . MPC-based coordinated voltage regulation for distribution networks with distributed generation and energy storage system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 1731 - 1739 .

李婧祺，王丹，樊华，等 . 含移动式储能的主动配电网分层优化控制方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 10 ）： 189 - 198 .

LI Jingqi ， WANG Dan ， FAN Hua ， et al . Hierarchical optimal control method for active distribution network with mobile energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 189 - 198 .

GABASH A ， LI P . Active-reactive optimal power flow in distribution networks with embedded generation and battery storage ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 4 ）： 2026 - 2035 .

张江林，庄慧敏，刘俊勇，等 . 分布式储能系统参与调压的主动配电网两段式电压协调控制策略［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 5 ）： 15 - 21 .

ZHANG Jianglin ， ZHUANG Huimin ， LIU Junyong ， et al . Two-stage coordinated voltage control scheme of active distribution network with voltage support of distributed energy storage system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 15 - 21 .

JALALI A ， ALDEEN M . Short-term voltage stability improvement via dynamic voltage support capability of ESS devices ［J］. IEEE Systems Journal ， 2019 ， 13 （ 4 ）： 4169 - 4180 .

SATTAR A ， AL-DURRA A ， CARUANA C ， et al . Testing the performance of battery energy storage in a wind energy conversion system ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2020 ， 56 （ 3 ）： 3196 - 3206 .

NASRAZADANI H ， SEDIGHI A ， SEIFI H . Enhancing long-term voltage stability of a power system integrated with large-scale photovoltaic plants using a battery energy storage control scheme ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 131 ： 107059 .

杨本星，王伟，杨明轩，等 . 辅助风电并网的构网型储能控制策略研究［J］. 高压电器， 2023 ， 59 （ 7 ）： 56 - 64 .

YANG Benxing ， WANG Wei ， YANG Mingxuan ， et al . Research on grid-forming energy storage control strategy for auxiliary wind power grid-connection ［J］. High Voltage Apparatus ， 2023 ， 59 （ 7 ）： 56 - 64 .

乔春雨，易建波，谷宇杰，等 . 基于虚拟同步机技术的光储协控无功优化策略［J］. 电网与清洁能源， 2022 ， 38 （ 6 ）： 129 - 136 .

QIAO Chunyu ， YI Jianbo ， GU Yujie ， et al . Reactive power optimization strategy of photovoltaic and energy storage co-control based on virtual synchronous generator ［J］. Power System and Clean Energy ， 2022 ， 38 （ 6 ）： 129 - 136 .

CHEN J R ， O’DONNELL T . Parameter constraints for virtual synchronous generator considering stability ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2479 - 2481 .

曹炜，钦焕乘，陆建忠，等 . 新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

CAO Wei ， QIN Huancheng ， LU Jianzhong ， et al . Orientation and application prospect of virtual synchronous generator in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

PAN D H ， WANG X F ， LIU F C ， et al . Transient stability of voltage-source converters with grid-forming control： a design-oriented study ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 1019 - 1033 .

王志强，郭晨阳，刘文霞，等 . 计及负荷特性的配电网多时间尺度电压控制及协调修正［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 15 ）： 51 - 57 .

WANG Zhiqiang ， GUO Chenyang ， LIU Wenxia ， et al . Multi-time scale voltage control and coordinated correction for distribution networks considering load characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 15 ）： 51 - 57 .

王成福，梁军，张利，等 . 基于静止同步补偿器的风电场无功电压控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 25 ）： 23 - 28 .

WANG Chengfu ， LIANG Jun ， ZHANG Li ， et al . Reactive power and voltage control strategy for wind farm based on STATCOM ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 25 ）： 23 - 28 .

朱丽萍，刘文颖，邵冲，等 . 基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 6 ）： 107 - 115 .

ZHU Liping ， LIU Wenying ， SHAO Chong ， et al . Control strategy of suppressing wind turbine tripping based on coordination between synchronous condenser and SVC in sending-end network of HVDC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 107 - 115 .

符杨，潘翔龙，黄玲玲 . 考虑双馈机组无功调节能力的海上风电场无功优化［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 8 ）： 2168 - 2173 .

FU Yang ， PAN Xianglong ， HUANG Lingling . Reactive power optimization for offshore wind farm considering reactive power regulation capability of doubly-fed induction generators ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 8 ）： 2168 - 2173 .

季玉琦，耿光飞，温渤婴，等 . 基于最优分割法的含DG配电网动态无功优化［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 8 ）： 2585 - 2593 .

JI Yuqi ， GENG Guangfei ， WEN Boying ， et al . Dynamic reactive power optimization in distribution network with DG based on optimal partition ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 8 ）： 2585 - 2593 .

倪爽，崔承刚，杨宁，等 . 基于深度强化学习的配电网多时间尺度在线无功优化［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 77 - 85 .

NI Shuang ， CUI Chenggang ， YANG Ning ， et al . Multi-time-scale online optimization for reactive power of distribution network based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 77 - 85 .

电化学储能系统储能变流器技术规范： GB/T 34120—2017 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2017 .

Technical specification for power conversion system of electrochemical energy storage system ： GB/T 34120—2017 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2017 .

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