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Grid-Forming BESS：为什么VSG模式是可扩展离网架构的答案
- 1 1 月, 2026
一个多世纪以来，我们电网的“心跳”——它的频率和稳定性——一直由大型煤炭、天然气和水电厂中的同步发电机的旋转质量来控制。但随着世界向清洁和可再生能源转型，越来越多的电力通过电力电子转换器来生成——如光伏和风力发电厂、变速机组和其他与逆变器连接的资源。这些设备大多数被设计为网跟随型：它们依赖于现有的电压和频率参考，与电网同步，而不是创建它。
当存在强电压/频率参考时，它们表现得非常出色。但当电网薄弱、不稳定或缺失时，问题变得异常简单：
谁来创建所有人都需要跟随的电网？
这个问题正是Grid-Forming电池储能系统（Grid-Forming BESS）的起源故事——也解释了为什么grid-forming控制成为了可扩展离网架构的关键技术。
什么是Grid-Forming BESS？
与传统的网跟随型逆变器不同，Grid-Forming电池储能系统（BESS）使电池储能系统能够创建和调节稳定的电压和频率波形。它赋予电池启动孤岛母线（黑启动）的能力，并为其他资源提供一个坚固的电力基础，使其能够跟随——类似于传统的电厂，但更快、更精确。
在实际应用中，Grid-Forming BESS可以实现：
孤岛运行，BESS建立母线
黑启动能力（从零开始为孤岛母线供电）
在弱电网中稳定运行，网跟随行为变得不可靠的情况下
为可再生能源提供基础，使光伏（PV）和其他逆变器资源能够同步并协调运行
这不仅仅是一个表面特征。这是：
“我们有储能，” 和
“我们可以运行一个稳定的孤岛电力系统。”
为什么Grid-Forming技术变得必要
Grid-forming BESS 是对结构性变化的控制层响应：随着去碳化进程的加速，同步发电机减少，基于逆变器的资源（光伏、风能、转换器接口资产）为电网提供更多的电力。失去的，不仅仅是兆瓦，还有保持电压和频率稳定的物理行为。Grid-forming BESS通过快速、可编程的逆变器控制重建这些行为。
它填补的关键空白是：
惯性和阻尼不再“免费”提供。
随着旋转质量的减少，频率变化变得更快，振荡也可能更难以阻尼。Grid-forming BESS 提供类似惯性的响应和主动阻尼，实时调整系统动态。
Grid-following 资源无法在没有参考的情况下引导。
大多数逆变器资源需要现有的电压/频率参考。在弱电网、黑启动或孤岛微电网中，这些参考可能不稳定或缺失，因此资源会跳闸或降额。Grid-forming BESS 作为其他资源可以跟随的基础电压源。
离网系统必须模块化扩展。
负荷增长，容量按阶段增加。没有 grid-forming 支撑，多个单元的扩展会成为控制集成风险。Grid-forming BESS 实现了稳定的并联运行，并在单元之间更清晰地分配负荷。
本质上，Grid-forming BESS 将电池从被动存储资产转变为主动的 grid-forming 支柱。它们建立电网的电气脉搏，提供重要的稳定性服务，并为 100% 可再生能源的未来提供模块化、韧性的路径。
PQ，VF，和VSG：三种模式，三种截然不同的结果
Grid-forming 不是“单一模式”。在真实的 BESS 项目中，您将会遇到三种常见的控制方式：PQ、VF 和 VSG。
PQ 模式：调度导向，通常是网跟随型
PQ 控制指令有功功率（P）和无功功率（Q）。它非常适合调度发电和与电网连接的服务。但 PQ 模式通常假设电网已经作为稳定的参考存在。在离网条件下，PQ 通常是在网形成源建立了一个一致的总线之后使用。
VF 模式：直接 V/f 调节，经典的 Grid-Forming
VF 控制直接调节电压和频率。它可以建立岛屿总线，广泛应用于微电网操作。
VF 通常在以下情况下有效：
单机岛屿系统
电气条件明确的小型并联系统
随着系统规模的扩大，基于 VF 的并联操作可能对馈电阻抗差异、并联电压源之间的环流和在实际瞬态及混合负载下的调节复杂性敏感。
VSG 模式：具有机器特性的 Grid-Forming
VSG（虚拟同步发电机）控制是 Grid-Forming，但它使得逆变器的动态行为类似于同步机器的关键特性，特别是在负载扰动下，频率和相位如何响应。
VSG 通常会引入：
类似惯性的响应，以平滑在突发负载变化下的频率波动
类似阻尼的行为，减少振荡并改善稳定性
支持多源协同操作的有结构的功率角度动态
在离网架构中，通常选择 VSG，因为它使得多个逆变器的 Grid-Forming 操作在大规模下更加可预测。
为什么VSG控制适合可扩展的离网架构
在一个可扩展的离网系统中，最难的部分不是能量容量，而是让多个逆变器像一个连贯的电厂一样工作。一旦将多个网格形成单元并联，两个问题决定架构是否能够平稳扩展：
它们如何共享有功功率？
它们如何共享无功功率，同时保持母线电压稳定——不产生循环电流？
一个VSG控制的逆变器表现为一个具有同步发电机动态的电压源，而下垂特性提供了去中心化的共享规则，防止并联电压源“争斗”。
P-f下垂（有功功率共享）：当一个单元承载更多的P时，它会略微降低其频率参考值。因为所有单元看到的都是相同的母线频率，它们自然会趋向于一个共同的操作点，并根据下垂坡度和容量设置共享有功功率——无需高带宽的通信。
Q-V下垂（无功功率共享）：当一个单元提供更多的Q时，它会略微降低其电压参考值，促使其他单元接管无功功率，减少循环无功电流的风险。
下垂特性可以应用于其他网格形成模式，但VSG增加了在真实离网瞬变中重要的特性：虚拟惯性和阻尼，它们塑造了频率和电压在负载跳变或切换事件后的变化和稳定。结果是一个网格形成的集群，其行为更像一个多发电机电厂——在干扰下的小偏差，随后是平稳的稳定化——使得随着单元数量的增加，多单元并联变得更加稳健。
FFD POWER：VSG模式电池柜支持最多20个单元在离网并联运行。
FFD POWER 提供了一种电池柜解决方案，旨在在 VSG 控制下进行网格形成操作，专为可扩展的离网架构设计。在 VSG 模式下，该系统支持最多 20 个单元在离网并联操作，通过模块化、多逆变器网格形成架构提供可扩展的电力和冗余。对于典型的 125 kW / 261 kWh 一体化系统，这使得扩展容量可达 2.5 MW。
这一功能特别适用于需要以下条件的离网项目：
在不需要重新设计架构的情况下实现分阶段的容量增长
为关键或工业负荷提供稳定的岛屿运行
在 BESS 形成清洁电气基础的 PV + BESS 微网
在不依赖“主”网格形成单元的情况下实现多单元冗余
当离网不是临时状态而是操作现实时，架构必须围绕稳定的参考构建。网格形成 BESS 提供了这一基础——而 VSG 控制是当基础必须扩展时的答案。
FAQ
问题： 在 PV + BESS 微网中，当 BESS 为网格形成时，会发生什么变化？
回答： 在许多传统的 PV 系统中，PV 逆变器是跟随电网的，因此当电网丢失时，它无法在岛屿模式下生成电力——它没有电压/频率参考，通常会关闭。而在网格形成的 BESS 中，电池逆变器建立了总线电压和频率，使得 PV 逆变器能够作为跟随者同步并持续发电。这避免了岛屿操作时“全体跟随者”的故障，并提高了 PV 波动和负载阶跃下的稳定性，使高比例可再生能源的微网成为可行的。
问题： 为什么我们不能仅使用 VF 模式来进行大规模并联操作？
回答： 理论上 VF 可以工作，但它的扩展性较差，因为并联的多个“电压源”对不匹配和线路阻抗敏感。在实际操作中，VF 通常实现为主从模式：一个单元设置总线的 V/f，其他单元作为跟随者（通常是 PQ），因为在对等的 VF“电压源”并联操作时，调节非常敏感。随着规模的扩大，主从模式会引入一个单点依赖（主机），并使扩展/维护变得更加复杂；对等 VF 增加了由于阻抗不匹配而产生的循环电流和不均匀 Q 分配的风险。这就是为什么可扩展的离网设计通常更倾向于使用 VSG 和 P–f / Q–V Droop，这样就能在没有固定主机的情况下实现对等并联操作。
问题： VSG 如何实现多个逆变器在没有“主控制器”的情况下共享负载？
回答： 在实际的多单元操作中，VSG 通常与 Droop 控制配合使用：
P–f Droop 共享有功功率：当某单元承载更多的 P 时，它会稍微降低其频率参考，所有单元会自然收敛到一个共同的总线频率，并根据 Droop 倾斜度/容量设置共享有功功率。
Q–V Droop 共享无功功率：当某单元提供更多的 Q 时，它会稍微降低其电压参考，鼓励其他单元承担无功功率并减少循环无功电流。
这种基于 Droop 的方法使得去中心化、可扩展的并联操作成为可能，无需高带宽的协调。