中国储能网讯：3月23日，由中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十五届储能大会暨展览会（简称“CIES2025”）在杭州国际博览中心召开。

CIES大会以“绿色、数智、融合、创新”为主题，针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和规模化工程应用。

在3月24日上午进行的数智化工商业储能解决方案与商业案例专场中，合肥工业大学副教授李明做了题为《新能源发电集群分布式稳定控制技术》的主题报告演讲。

以下内容根据大会发言整理提炼，仅供参考。

合肥工业大学副教授李明

大家好，非常感谢会务组邀请我来做这个报告。我们从高校的角度，关于做什么样储能的系统，我就立了这样一个题目，叫新能源发电集群分布式稳定控制技术，我们都知道现在储能有一个特别火的词叫构网型储能，我这一次想给大家讲一讲我们在高校做构网型储能之前跟网型储能怎么用的，变换器在中间怎么样控的。现在最新的一些研究技术是如何开展的，我们进入这一次主题演讲。

我首先做一个简单的个人介绍，本人来自合肥工业大学，是副教授，我师从于新能源电工电子领域的著名教授合肥工业大学张兴老师，博士毕业去了清华大学另一位著名教授耿华老师的课题组做进一步研究。我有两个研究的方向，叫新能源并网与新型电力系统稳定性分析，这个电力电子或者电气工程领域是非常关键的内容，我这次汇报也是讲这个的。

结合了我在清华大学的博士后经历，博士期间学的是电气工程，到了清华做的是控制科学和与工程，我们俗称的自动化，电气和自动化做了一个结合。提出了分布式协同稳定，这一次也是给大家讲一讲，我们在控制，然后引入到新能源发电领域，怎么指导储能到我们新能源变换中间装置的控制方法。

本人是合肥工业大学“黄山学者”，我也是中国电源学会青工委的常务委员，也获过我们很多学会的奖。比如我们这个行业里面有其他学会，中国电机工程学会、中国电工技术学会、中国电气传动学会的优秀论文奖都获过，也是拿到过中国电源学会的青年托举，这是大概的介绍。

我们进入到这一次主题，首先是研究背景，我刚刚简单跟大家讲了一下，这有两大类的控制方法。实际上这一次也做一个科普，大家可能都知道构网型储能很火，与它对应的一个词叫跟网型控制或者叫跟网型储能。本质是对于我们储能一次能源怎么样转化到新能源的并网中，或者给用电负荷，中间装置有两大类控制，一个叫跟网，一个叫构网，这两个方法特别有意思，最核心的是第四行的端口特性，这个告诉我们，跟网和构网中，一个呈现电流源，一个是呈现电压源，我们右边这个图给大家看了一下，我们电流源在电动里面叫诺顿电路，在构网型在电路里面是戴维南电路。这个就有意思了，一个电流源叫跟网的，就是说我电流不能独立存在，必须跟随着我们第一类传统的同步发电机，这有电压上升或者频率的参考源，所以叫跟网，叫跟踪电网或者跟随电网。

构网型控制，电压源可以独立存在的，现在叫组网或者构网是这么来的。这两类看的特点，我们做了这个表格，看着很复杂。我们都知道变换器，电力电子设备由于我们做工业器件，时间尺度非常宽泛，我们传统的电源系统几十年的发展，有很多种方法，包括有很多院士出了很多书，关于传统的同步机怎么控的，机电尺度怎么做控制的。实际上现在我们讲的电力电子装备跟网和构网有很多种方法，但是大家都知道现在目前这个问题还没有完全解决，大规模的去加新能源的电力电子装备，比如说光伏和逆变器，还有我们配储能，都导致了我们现在新能源有大规模接入。我们围绕着这个问题，这两类我们下面去详细地讲。

我们任何的研究都要去找一个边界，我们现在讲的构网型储能解决什么样的问题，是振荡。我们讲的振荡这个词，一早是出现在跟网型中的，包括我们最早讲的一些国内的事故，比如说次同步振荡或者超同步振荡，还有一些在国外发生的，海上风电里面发生的各种型的振荡，波形都很类似于右边这个图，本质是由于跟网的五个优势，大规模应用，应用会发现振起来了，我们怎么办呢？要去做一些改进。我们这一次想着给大家讲一下，我们学术界把这个跟网型控制，用在我们变换器里面，或者用在我们储能这个中间转化装置中，最新的一些是什么样技术，基于无源性理论的并网变流器跟网型控制设计。

我们首先找一个场景，我们举的例子是新能源发电站，光伏和风机，在这个中间装置是通过一个DC-AC转化的，很多时候我们厂家需要配储的，所以储能在里面起到很大的关键作用，无论怎么说光伏还是风电还是我们储能，中间都是有这个变换器，他们都是统一化的研究，我们关注于网侧的接入点的特性。我们讲这样系统，有一个特别重要的事情，我们在扩展的时候，或者说在检修的时候有一个即插即用，这个对我们想要研究变换器本身来讲，这有一个特点，就是随机性，复杂性。这给我们逆变器带来了一个挑战，这个很泛，我们可以通过控制理论的词叫鲁棒性，外面在变，我自己要变得坚强一点，我们的想法让我们的变换器，或者说中间的变流器能够在这样复杂的接入场景下，能够保证很好的运行稳定和高效，这是我们的目标。

我们讲这个场景有一个什么特殊化的问题呢？我们都知道刚才振荡的问题是别人实测的，我们就做了一个仿真，在即插即用的时候，比如说三个变换器一台一台往上接，接的时候发现了什么问题呢？它有一个振荡频率在漂移，我们传统方案，比如说非线性会做线性化，我们所有的自然界都是非线性的，但是我们在某一个工作点上做线性化挺好的。

我们可以找这个点，比如说这个振荡从317Hz到283Hz，能找到一个线性化的点，但是总是差了一点。比如振荡点在371Hz，而分析是315Hz，怎么办呢？我们想这个问题来自什么，来自设备，比如说储能在装的时候要配的变换器，加进去让原先我们站在变换器角度上的工作点在变，我们实际上不知道怎么变的，所以说很复杂，这是一个很复杂多维的变化。

传统的方法是怎么办呢？线性的方法，在我们控制器工作点，它的附近我们学过高数，叫领域范围，附近去调，这种方法叫增益调度，这个方法很多文献都在做，这个方法本身是非线性的，我们叫离散调节，一个一个像小阶梯。但是问题很严重，我们刚才场景是随机的，复杂的，非线性的，人工调节是很难的。现在包括高校在做AI可以解决这个问题，但是AI用的控制上来讲是变慢的，我们想能不能想一个办法，不是用这种更先进的AI方法，我们用控制的方法去解决这个问题。

我们就把这个事改造，左边是我们的跟网，右边是我们的构网，现在储能的变换器中间用的方法，都是线性设计的。线性设计中间有一个线性PI控制器，我们想能不能找一个方法替换掉，替换成一开始设计，怎么设计都是稳定的，这肯定会想到非线性控制方法，怎么样想这个非线性控制方法呢？我们就找了一个理论工具叫无源性理论，这个理论非常早，大概20世纪八90年代就有了，这个理论涵盖了现在讲的电阻、电容的定义。

这个本质是什么呢？Lyapunov理论告诉我们，任何一个系统只要是耗散的，或者说找到一个能量函数，对于时间来讲，它是正的能量函数，对于时间的变化来讲是小于0的，就会衰减。

这个理论跟Lyapunov的证明是有关联的，我们把这个方法用到这里来特别有意思，这指出了什么呢？单机扩展到多机协同仍旧稳定，我们找到这个方法能够保证任何一个储能变换器，不管是跟网还是构网，这种理论去指导设计的时候，设计好了之后，单个是稳定的，因为单个稳定之后能够找到一个能量函数小于的，这个就是稳定的。

扩展的时候，因为能量函数是标量的，这是一个标量函数，怎么样加减之后并求导，我们都知道这是一个线性的，求导的时候对于加不影响最后小于0的特性，这个自然而然满足了一个优势，我们讲的扩展储能的系统，这个变换器怎么接都是稳定的，这个思想现在说清楚了。

左边这个图形漏斗，能量最终会落到最后，最底下的点。我们最简单的思想给大家讲过之后，我们后面会有详细的方法。这个就是我们的方法论了，比如说我以最经典的，现在用得最多的跟网型储能变换器怎么控的，我们把这个思想无源性用起来，这有三大块，我们的目标是动和稳要都好，而且要抗扰，抗扰其实就是鲁棒，所以既快，又稳，又鲁棒，这就是目标。围绕着这三个目标有三个序号1、2、3。

1是底层，叫作无源控制器，就是用我们刚才说无源器理论设计的，怎么并联扩展都是稳定的，然后顶层做一些上层建筑，顶层有两件事，第一个事是抗扰，就是鲁棒。

2是观测器，这个很有意思，无源性理论在用的过程中，我们讲通常很多时候实际传感器都拿不到无法观测的扰动信息，尤其是我们工商业界为了节省成本，我们传感器尽可能少，这怎么办呢？我们结合实际应用，既然你都用非线性理论，无源性用上了，何不把观测器控制方法，非线性理论也用起来，所以把1的基础上，在上层加了一个观测器，我等一下讲一下观测器是怎么设计的。

3是稳定之外的一个动态性能。动态在我们系统里面有一个有意思的词，实际上就是协同，要让这个系统保证在单个是很好的情况下，多个也是很好。

这三个我们是怎么做的呢？一个是我们把无源控制器设得很好，保证无源性和稳定性。第二个是抗扰。第三个是调整动态，调整动态就是调整阻尼。

最后要求是什么呢？把观测器和我的无源控制器全部像传统PI控制器发成一个控制框图，发现没有那么复杂。实际上我在从控制到电气跨过去，发现右边这个图非常像传统的PI控制图，dq轴都对称，有一个上对称和下对称的图，这就是一个精简的Lyapunov的推导过程，我们可以看到能用，而且可解释的一个图。

我们后面讲无源控制器和观测器都做好了之后，我们要做一个动，单个做得好，我们多个也要好，多个怎么好，要系统里面阻尼指标来评估。这个费了一点力气，我们先做仿真，大的系统或者说储能变换器接到并网点上一个什么特点呢？我们刚才讲的诺顿电路和戴维南电路都是一个源加一个阻抗，这个阻抗的变化会不会影响我的动态呢？我就去测这个系统，发现阻抗从小到大的时候，我们可以最后看到收敛，这是无源性决定的，这肯定是稳定的，但是动态会有一些变化。

我们目标找到多个系统怎么样做协同的时候，这个阻抗和我们动态的振荡幅值或者说调整的时间是什么关系，我们就找，找到一个什么关系呢？非线性的下垂曲线，这个非线性下垂曲线找到的时候令人非常振奋，我们都知道，我们电力系统里面控制同步机叫下垂控制，或者电力电子里面有一个叫下垂控制，这都是基于有功和频率的下垂，无功和电压的下垂。我们找到这个时候就发现，任何单机满足这个下垂曲线肯定是无通讯线的，所以就自然满足这个目标了。我们把这个事理论完备了，我们做实验发现，振荡到稳定，其动态是有一个调节过程，通过调整动态的时候，自动去调整，就会通过下垂曲线慢慢把振荡抑制下来。

我们到构网型方法跟这个非常类似，传统PI控制构网现在很多企业都在做，高校也在做，他们到底面临什么样问题，我们总结了四点，这也是我们课题组做了很多工作。比如说第一和第二点比较统一，功率响应慢和我们的MPPT慢，这都是动态的问题，我们之前做了很多工作。我自己本人也做了很多切换控制方法，这也是我们要解决一和二的问题。

三和四的问题是电压源的本质问题，电压源输出阻抗很小，就跟我们外端电网做匹配会有问题，在弱网下，我们都讲构网型储能，最开始的想法接到大规模的高渗透率的弱网下是稳定的，但是我们都知道这个新能源有间歇性和波动性，这有时弱，有时会变强，在某个时刻，所以会发生振荡，我们右边这个图一样，会有一些振荡的问题。

这个电压源输出阻抗小，几个电压源并在一块，它的输出阻抗变得更小了，所以串扰严重，解决这个最好的方法就是加虚拟阻抗。

现在构网型控制有几类，下垂，虚拟同步机和虚拟振荡器，这些方法都有一个问题：单个稳定的，但是多个不一定稳定，这是因为控制本身导致的。我们想能不能改造一下，改成无源性。

观测器加我们底层的无源控制器，也是一样的，这是这样结构，这个结构把我们储能的变换器变成构网型无源化设计的，这就稳定了。我们还做了一个什么事呢？它跟跟网型控制，跟随电网有一个锁相，这里所提的构网控制是用功率环做同步的，我们都知道这个问题，我们刚才讲的下垂方法，也有这个约束，怎么样变得无源化，这里我们用了微分的无源方法，这微分之后系统看作一个新的系统，做了一个微分的输入，让它满足了严格的微分无源，实际上还是无源性的，只是做了一次微分，我们就能把整个构网型控制，整体变得满足我们的稳定要求了。

我们做验证是稳定的，电网从强到弱都是稳定的。我们跟传统的方法对比，发现其他传统方法可能也会振荡，我们这个方法能够保证单个到多个都是稳定的。

我们最终给大家展现的小结，跟网方法还在用，这是最经济的。大家现在讲的工商业储能还是以跟网型为主，但是探究构网型储能，提升弱网运行稳定性这是目前最火热的话题，有很多的方法，包括我们的方法也是一种。这种无源性分布式的方法，是一开始就把这个系统设计的是无源的，怎么样多机扩展都是稳定的，这也是一个非常好的思路，特别适合做储能变换器设计，并且我们储能本身就是保守的或者是有裕量的，这种无源性的方法去设计是符合和贴切于现在所要的需求。

谢谢大家！