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摘要
随着可再生能源的快速整合，包括风电场、光伏系统、电池储能系统和高压直流换流器在内的逆变器型资源（IBRs）正逐渐取代传统的同步发电。这一转变改变了电力系统的动态行为和稳定性特征，使得构网型（GFM）控制成为高IBR渗透率下保障安全运行的重要技术。本文综述了构网型IBRs的功能需求、应用场景、标准、测试方法和验证标准。研究涵盖了从微电网到输电、海上风电、高压直流和互联系统等不同电网规模，重点探讨了构网型能力，包括电压源行为、频率和电压支撑、故障穿越、弱网运行、孤岛运行、黑启动以及互操作性。以结构化的方式对测试方法进行了比较，包括RMS和电磁暂态模拟、实时数字模拟、控制器和功率硬件在环测试、实验室测试、现场演示、联合仿真以及模型验证。代表性的测试场景和性能指标与这些功能需求相挂钩。该综述进一步综合了一套面向行业的GFM IBRs测试和验证程序，并通过GFM储能系统的验证需求进行了阐述。该综述还指出了在模型保真度、电流和能量限制、可扩展性、多厂商交互以及测试程序和验收标准统一化方面持续存在的挑战，并强调了标准化基准测试、互操作性测试以及协调的电站和系统级验证的优先事项。1. 引言
1.1. 背景与动机
全球向低碳发电的转型正在从根本上重塑现代电力系统的结构和运行方式。基于逆变器的资源（IBRs）部署日益增加，包括太阳能光伏（PV）系统、电池储能系统（BESSs）、陆上和海上风电场以及电压源换流器高压直流（VSC-HVDC）系统，正在逐步取代传统的同步发电[1,2]。在全球多个电力系统中，非同步发电的瞬时水平已占需求的高比例，系统运营商正为发电可能主要、甚至完全通过电力电子接口供应的运行条件做准备[1,2].
这一转型改变了传统上支撑电力系统稳定性的若干特性。同步发电机天生具备转动惯量、短路电流、电压刚度以及维持同步的机电机制。随着其贡献度降低，电力系统可能会面临更高的频率变化率（RoCoF）、短路强度下降、电压条件减弱，以及基于变流器的设备之间日益复杂的动态交互[3,4]. 在逆变器基电源渗透率高、电网连接薄弱或同步发电受限的系统中，这些影响变得尤为重要。
迄今为止部署的大多数逆变器均采用跟网型（GFL）控制。跟网型变流器通常利用锁相环（PLL）与现有电网电压同步，并将其输出调节为受控电流源。在同步发电机提供足够强电压和频率参考的电力系统中，这种方法已被证明是有效的。然而，随着系统强度和惯性的降低，其局限性日益凸显。在弱电网条件下，锁相环动态与网络阻抗之间的相互作用可能对稳定性产生不利影响，而电流控制型资源在没有其他电压形成源的情况下，无法独立建立网络电压和频率[4,5].
因此，构网型（GFM）控制已成为未来以变流器为主导的电力系统的一项重要赋能技术。与传统的跟网型（GFL）运行不同，构网型变流器建立或调节内部电压幅值和相位，并向连接的网络呈现电压源特性。这使得构网型资源能够参与电压和频率调节、快速有功和无功功率支撑、弱网运行、孤岛运行、系统恢复以及其他传统上与同步发电机相关的各项功能[4,6然而，不同的GFM控制方法表现出不同的动态特性，并且可能受到变换器电流限制、能量可用性、控制交互以及特定应用约束的影响。因此，GFM技术的成功部署不仅取决于定义所需的功能，还取决于建立合适的方法，以证明这些功能在实际运行条件下能够得到实现。1.2. 跟网型与构网型控制
变流器控制架构决定了基于逆变器的资源（IBR）如何与周围电网进行动态交互。跟网型（GFL）与构网型（GFM）运行模式的根本区别，首先可以从它们的等效源表示中来理解。如图图1所示，GFL变流器可近似为受控电流源，而GFM变流器则表现出阻抗后受控电压源的特性。
图1。（）GFL变换器的等效电路表示和（）GFM变换器的等效电路表示。b) a GFM converter.
传统的跟网型（GFL）变流器使用锁相环（PLL）与现有网络电压同步，锁相环用于估算终端电压的角度和频率。在由此产生的旋转参考系中，变流器根据外部指定的功率或电流参考值调节其注入的有功和无功电流，因此其本质上表现为一个受控电流源[7]。当变流器连接到足够强、能提供稳定电压和频率参考的网络时，这种方法成熟且有效。
随着系统强度降低，其局限性变得更加明显。在弱网条件下，锁相环动态、变流器控制回路与网络阻抗之间的相互作用可能会降低阻尼，或导致小信号不稳定和次同步振荡[5,8此外，由于GFL转换器从根本上遵循外部建立的电压波形，如果没有另一个电压形成源，它就无法在网络中独立建立电压和频率。
GFM转换器转而调节内部电压幅值和相位角，并表现为阻抗后方的一个可控电压源[4,6]。典型GFM与GFL控制结构之间的相应差异如图2所示。在GFM结构中，电压幅值和相位在内部生成，而传统的GFL控制主要依赖基于PLL的同步和电流调节。. In the GFM structure, the voltage magnitude and phase are generated internally, whereas conventional GFL control relies primarily on PLL-based synchronisation and current regulation.
图2。（）GFM转换器和（）GFL转换器的简化控制结构。箭头表示控制区块之间的信号流向，彩色标签突出显示了选定的控制输入和测量量。b) a GFL converter. Arrows indicate the direction of signal flow between the control blocks, while coloured labels highlight selected control inputs and measured quantities.
构网型（GFM）变流器的主要同步机制源于其内部电压与外部网络通过有功和无功功率交换产生的交互作用，而非依赖显式锁相环（PLL）。然而，在实际应用中仍可能保留锁相环用于辅助功能，如保护、序分量提取、限流或模式切换[4,8]。因此，理解跟网型（GFL）与构网型（GFM）控制的区别，应基于其主要同步和电压形成机制，而非仅仅取决于锁相环的有无。
构网行为可以通过多种控制架构实现，而非单一的控制律。常见方法包括传统下垂控制、虚拟同步机或虚拟同步发电机（VSM/VSG）和同步逆变器控制、虚拟振荡器控制（VOC）及其可调度形式（dVOC）、匹配控制以及功率同步控制（PSC）[4,8,9,10,11]. Droop control establishes frequency and voltage references through active- and reactive-power droop relationships, whereas VSM/VSG approaches explicitly reproduce selected synchronous-machine dynamics, including configurable inertia and damping. VOC instead uses nonlinear oscillator dynamics as the synchronising mechanism, while dVOC extends this principle to enable dispatchable active- and reactive-power operation and voltage regulation. Matching control relates converter synchronisation to DC-side energy dynamics, whereas PSC uses active-power exchange as the primary synchronising mechanism. Although these approaches differ in their internal control structures and transient characteristics, they share the objective of providing externally observable voltage-forming behaviour. Accordingly, the testing and validation framework adopted in this review is not restricted to a particular GFM control architecture but evaluates the externally observable functions and performance delivered by the resource.
由于GFM转换器建立了内部电压参考，它能够支持或建立系统电压和频率，与其他电压形成资源共享负荷，并在弱网或孤岛网络中运行[6]。这些特性在低惯量、弱网、孤岛和黑启动条件下变得尤为重要，因为传统调优的GFL控制可能无法再提供足够的系统支持[9,12].1.3. GFM IBR在未来电力系统中的预期作用
随着同步发电逐渐被取代，GFM IBR预计将承担越来越多历史上由同步机提供的系统支撑功能。这些功能包括支持在极高比例的基于变流器的发电水平下运行[1,2]，在低惯量系统中提供快速频率响应和模拟惯量[12]，加强弱电网并抑制变流器驱动的振荡[4]，改善电压和频率调节，并支持孤岛运行、系统恢复和黑启动[6,10].
单个GFM资源能提供这些功能的程度，仍取决于其换流器额定值、电流能力、可用能量、控制设计、网络条件以及与其他资源的协调。因此，GFM能力不应被简单视为二元属性。相反，它包含一系列可测量的行为，这些行为必须在特定的运行条件和扰动场景下得到验证。这些运行条件本身受更高层级调度决策的约束。
例如，在交流/直流混合微电网中，双向联络换流器将交流和直流子网耦合在一起。其稳态运行模型和换流约束决定了交流和直流网络之间调度可行的功率交换运行点[13]。因此，调度层级的换流器建模定义了GFM性能随后必须验证的运行包络线。
这一观察结果将本节介绍的GFM控制原理与本综述的核心焦点联系起来。大规模可靠部署要求将GFM资源的预期行为转化为明确的功能要求，并随后在设备、电厂和系统层面进行验证。这些功能要求将在第2节中进行探讨.1.4. 测试与验证的重要性
GFM IBRs的预期功能涵盖了广泛的运行时间尺度和系统条件。这些功能包括电压源特性、有功功率和频率支持、无功功率和电压调节、故障穿越、弱电网条件下的稳定运行、振荡抑制、孤岛运行与重同步、黑启动、电能质量支持，以及与其他基于转换器的资源之间的互操作性[14,15]。仅仅规定这些能力并不能证明特定设备或电厂能够可靠地提供这些功能。
Testing and validation are therefore essential throughout the development and deployment of GFM resources. At the equipment level, testing verifies whether the converter and its control implementation satisfy the required dynamic characteristics and remain within hardware limits. At the plant level, validation assesses the interaction among multiple converters, plant-level controllers, protection systems, and the collector network. At the wider system level, studies are required to determine whether GFM resources remain stable and provide the intended support when interacting with other GFM and GFL resources, synchronous generators, HVDC systems, and networks of varying strength.
]。此外，测试环境本身也会影响观察到的性能，特别是对于快速电压源响应、限流行为、阻抗交互和故障响应。因此，一个可靠的验证框架不仅必须考虑测试场景，还必须考虑测试平台的保真度和局限性。16]. Furthermore, the test environment itself can influence the observed performance, particularly for fast voltage-source responses, current-limiting behaviour, impedance interactions, and fault response. A credible validation framework must therefore consider not only the test scenario, but also the fidelity and limitations of the testing platform.
因此需要一系列互补的方法，包括均方根（RMS）和电磁暂态（EMT）模拟、实时数字模拟、控制器硬件在环（CHIL）测试、电力硬件在环（PHIL）测试、实验室测试、现场演示、联合模拟和模型验证。每种方法在保真度、可扩展性、可重复性、硬件真实性、成本和风险方面都提供不同的水平。因此，了解这些方法与单个GFM功能要求之间的关系，对于制定一致的测试、认证和并网实践至关重要。1.5. 本综述的范围与贡献
本文综述了从设备级到电站级和系统级对IBR中GFM性能的测试与验证。本综述并未聚焦于特定的GFM控制算法或资源类型，而是采用以性能为导向的视角，探讨了在不同网络条件下如何定义、测试、测量和验证所需的GFM功能。
本综述涵盖五个密切相关的领域。首先，它探讨了GFM型IBR的主要特征，以及与电压源特性、频率和电压支持、故障性能、弱电网运行、孤岛运行、黑启动、电能质量和互操作性相关的功能要求。其次，它考虑了这些要求及其验证在不同应用规模（从皮格电网和微电网到配电和输电系统、海上风电和高压直流网络，以及大型互联电力系统）之间的差异。第三，审查相关的国际标准、电网规范、技术规范和行业指南，以识别当前实践中的共同要求和差异。第四，以结构化的方式对现有的测试和验证方法以及代表性测试场景进行分类和比较。最后，考察用于评估GFM性能的可测量指标，以及剩余的技术挑战和未来的研究需求。
因此，本综述的主要贡献在于：
通过整合这些要素，本综述旨在为参与GFM技术规范制定、评估和部署的研究人员、装备制造商、系统运营商、开发人员和工程师提供结构化的参考。1.6. 文献检索与筛选方法论
通过结构化的文献检索，识别与构网型（GFM）逆变器资源测试和验证相关的出版物。学术文献检索涵盖了IEEE Xplore、ScienceDirect、Wiley Online Library和MDPI，出版时间窗口为2010年1月至2026年9月28日。检索结合了GFM相关术语（包括“grid-forming”、“grid forming”、“grid-forming inverter”、“grid forming inverter”、“grid-forming converter”和“grid forming converter”）与测试和验证相关的术语。这些包括“硬件在环”、HIL、CHIL、PHIL、“电力硬件在环”、“控制器硬件在环”、“实验验证”、“实验核实”、“实验室测试”、“模型验证”、“现场测试”、“站点测试”、“一致性测试”、“合规性测试”、“性能测试”以及“电网规范合规性”。详细的检索语法和可检索字段根据每个数据库的能力进行了调整。
当记录涉及GFM性能、测试、验证、建模或模型验证、技术要求、一致性或合规性，或支持设备、工厂或系统层面的评估方法时，即被视为相关。期刊和会议论文与技术相关的综述文章一并纳入考虑。在标题和摘要筛选阶段，若记录与GFM无关、GFM仅为主要研究的附带内容，或该工作未对GFM测试、验证或性能评估做出实质性贡献，则予以排除。若无法从标题和摘要中确切判断相关性，则保留该记录以供进一步评估。
检索共识别出868条记录：580条来自IEEE Xplore，109条来自ScienceDirect，17条来自Wiley Online Library，162条来自MDPI。在剔除21条重复记录后，通过标题和摘要筛选了847条唯一记录。其中，91条记录被排除，756条被保留作为潜在相关记录以供进一步评估。来自IEEE、NERC、NESO、ENTSO-E、AEMO和UNIFI联盟等机构的标准、电网规范、技术规范和机构出版物被单独考虑，因为这些文件在学术数据库中未被一致索引。在必要时，也保留了少量2010年之前的奠基性出版物，以提供方法论或历史背景。
因此，本综述最终引用的参考文献构成了一组从筛选的文献和相关技术文件中选出的代表性来源，用以支持文稿中讨论的具体功能需求、标准、测试方法、验证程序和研究空白，而非所有潜在相关出版物的详尽书目。1.7. 论文结构
本文余下部分安排如下。第2节中进行探讨回顾了定义GFM性能的功能需求，以及GFM资源在不同电网规模和应用场景下的部署与验证。第3节回顾了相关标准、电网规范和行业规范。第4节对主要的测试和验证方法进行了分类和比较，包括离线和实时模拟、CHIL、PHIL、实验室和现场测试、联合模拟以及模型验证。第5节介绍了用于评估GFM性能的代表性测试场景，包括相应的性能指标和评估标准。第6节总结了GFM验证的当前行业实践，并指出了改进GFM验证实践的关键挑战和未来研究方向。最后，第七节总结了该综述的主要发现和结论。2. GFM IBRs的功能要求与应用场景
构网能力并非由单一控制功能定义。相反，它包含一系列外部可观测行为，这些行为共同决定了基于逆变器的资源（IBR）在正常和扰动条件下能否建立并支持稳定的电力系统运行。这些行为包括基础的有功和无功功率可控性、在指定电压和频率范围内的运行、电压源行为、频率和电压支持、惯性响应、振荡阻尼、故障穿越、弱网运行、孤岛运行、再同步、黑启动以及互操作性[17,18,19,20].
这些功能的重要性很大程度上取决于应用场景和系统边界。例如，为孤岛微电网供电的GFM电池储能系统（BESS）必须建立电压和频率，并适应较大的相对读档变化，而与输电网连接的GFM电厂可能主要需要支持系统强度、承受相角扰动、穿越故障，并与其他基于变流器的资源稳定交互。因此，将GFM要求与部署时的电网规模和运行环境结合起来考虑是非常有用的。
图3总结了本综述中考虑的主要功能需求。
图3。与构网性能相关的主要功能需求。箭头表示共同表征GFM能力的各项功能需求。
以下小节首先回顾主要功能需求，然后探讨其相对重要性和验证需求在不同电网规模下的变化。
2.1. 构网性能的功能需求
2.1.1. 电压源行为与电压/频率适应性
GFM资源的核心特征是其能够在有效阻抗后表现出可控电压源行为[4,19]。在扰动发生后，转换器会维持内部生成的电压幅值和相位参考，使其电学响应能够抵消外部电网电压和相角的波动。这使得GFM运行模式与传统的电流控制型GFL运行模式区别开来。
初始响应在最初几个电周期内发生，因此在电压幅值和相角扰动期间尤为重要。例如，GB电网规范规定在相角扰动后需具备极快的有功功率响应[17,21]。测得的响应不仅受GFM控制律的影响，还取决于转换器的输出阻抗、工作点以及限流策略。
在考虑这些动态GFM功能之前，资源还必须能够在其规定的连续电压和频率范围内可靠运行。这种电压和频率适应性代表了一项基本功能要求：在允许的运行包络线内，网络电压或频率的变化不应导致意外跳闸、控制行为不稳定或性能出现不可接受的恶化。这一基本运行包络线要求为下文讨论的更具挑战性的动态电压和频率支持功能奠定了基础。
因此，电压源特性对GFM性能至关重要，因为许多其他功能，包括快速有功和无功功率响应、弱网支持、孤岛运行和黑启动，都依赖于变流器建立和维持内部电压参考的能力。2.1.2. 有功功率控制与频率支持
GFM IBR应能够在其规定的运行范围内精确控制有功功率。在最基本的层面，该资源应以可接受的精度、响应时间、变化率和调节特性遵循有功功率指令，且不引入不稳定的振荡。这种有功功率可控性对于BESS和其他必须在充电、放电和电网支持功能之间切换的可调度IBR尤为重要。
除了设定值跟踪，GFM资源预计将为频率稳定性做出积极贡献。图4展示了频率响应的全年龄层级结构，从初始抑制阶段到一次、二次和三次频率控制。
图4。频率控制时间尺度层级，从初始制动期到一次、二次和三次频率控制。
在发电与负荷失衡后，GFM资源在最初几个周期内可能会提供类似惯性的响应，随后是快速频率响应，以及由其频率下垂特性决定的持续有功功率响应[12,18]。当暴露于适用电网规范规定的频率变化率（RoCoF）值时，该资源也应保持连接并稳定运行。
然而，这种响应的幅值和持续时间受限于可用的有功功率裕度、变流器额定值、电流限制和能量储备。这对于电池储能系统（BESS）尤为重要，其荷电状态和可用功率决定了额外有功功率支持的持续时间；对于可再生能源发电也是如此，其向上频率支持需要充足的扰动前裕度。
有功功率控制、一次调频和惯性响应之间的区别非常重要。有功功率控制评估遵循外部指定功率指令的能力，一次调频评估响应频率偏差的有功功率变化，而惯性响应能力评估与RoCoF相关的快速功率响应。这些功能可能使用相同的电力电子硬件，但代表不同的性能属性，因此需要不同的验证测试。2.1.3. 无功功率控制与电压调节
GFM资源应同样在其预期运行范围内提供可靠的无功功率控制。基础无功功率控制涉及以可接受的精度和动态响应遵循指定无功功率指令的能力。
电压调节能力超出了简单的指令跟踪。当网络电压偏离其参考值时，GFM资源应根据其电压控制或无功功率/电压下垂特性，通过修改无功功率或无功电流输出做出适当响应[4,17].
这一要求在弱电网中尤为重要，因为高网阻抗会增加终端电压对有功和无功功率变化的敏感性。在这种条件下，电压源特性比传统的电流源运行能提供更大的电压刚度[4].
可实现的响应仍受限于变流器的电流能力。在发生大电压扰动和故障期间，有功和无功电流需求可能会竞争有限的变流器容量。因此，验证应同时考虑常规无功功率设定值跟踪和动态电压/无功功率调节。2.1.4. 惯性响应与功率振荡阻尼
随着同步发电机的逐渐退出，可能需要GFM资源来重现传统旋转电机所具备的特定动态特性。其中一项功能是惯性响应，即有功功率会根据RoCoF或等效的内部动态关系迅速变化。其目的是在发电与负荷失衡后，减少初始频率偏差。
GFM资源还可能有助于功率振荡阻尼。换流器驱动和机电振荡现象可能在广泛的频率范围内发生，包括低频功率振荡（例如0.1至2.5 Hz范围）、次同步交互作用，以及与换流器控制和网络阻抗相关的更高频率谐振（例如2.5至100 Hz范围）[22,23].
因此，GFM控制器应避免引入阻尼不足的模式，并且在专门设计时，应提供能够抵消网络振荡的稳定有功和/或无功功率响应。相关的性能指标包括振荡频率、阻尼比、衰减时间、稳定裕度，以及对运行点和网络强度变化的鲁棒性。
这两项能力不应被视为完全相同。惯性响应主要应对电力失衡后的初始频率轨迹，而振荡阻尼则应对扰动发生后或扰动期间振荡行为的衰减。2.1.5. 故障穿越、电压耐受与故障电流贡献
在电网故障和严重电压扰动期间，通常要求GFM转换器在适用的电压-时间穿越包络线内保持并网，同时贡献电流以支持网络和保护系统。
这一要求提出了特殊的挑战，因为基于半导体的转换器所能承受的过电流远低于同步机。据报道，GFM的过电流能力通常仅略高于额定电流。例如，已有报道称其过电流能力约为额定值的20%–40% [24]，而UNIFI规范则包括在特定对称故障条件下，2秒内可达1.5 p.u.的能力 [25]。此外，如果机端短路比为1.2或以上，GFM转换器因故障恢复引起的过电压通常不应超过额定电压的1.1倍。
由此产生的电流限制在维持理想电压源行为与保护电力电子转换器之间产生了一种固有的权衡。一旦指令电流超过可用能力，限流控制就会改变转换器的响应，并可能改变有效电压源、有功和无功电流分配以及同步行为。协调不当的限流可能会损害故障穿越能力，在严重情况下，甚至会导致失去同步[24].
更宽的电压耐受能力包括在低电压和高电压扰动期间运行，以及在满足适用的欠压或过压穿越要求的同时提供适当无功支持的能力。
因此，验证应考虑资源是否保持连接、故障电流的大小和持续时间、有功和无功电流的优先级、电压支持贡献、限流运行、故障后恢复以及保持同步。2.1.6. 相角扰动、弱网运行与同步稳定性
能够对电网电压相角的突变做出适当响应，是衡量GFM行为的另一个重要指标。由于转换器建立了自己的内部电压相位，外部电网相角的突变会立即引起电功率相角的改变，从而导致有功功率的快速响应。因此，GFM转换器应具备强大的相角跳变支撑能力；连接点电压相角在±60°范围内的跳变不应导致其与电网断开，且其运行应能持续。
合适的GFM资源应产生正确方向的同步响应，保持在其当前能力范围内，抑制由此产生的功角振荡，并在扰动后保持连接。因此，相位角跳变测试为评估电压源行为和同步稳定性提供了一种重要手段。
弱电网运行密切相关。电网强度通常使用短路比（SCR）来表征，尽管SCR本身无法捕捉所有的换流器-网络交互现象。传统的基于锁相环（PLL）的并网型（GFL）控制，随着网络强度的降低，其稳定性控制会变得越来越困难，具体取决于控制设计、PLL带宽、运行点和网络特性[11,26]。构网型（GFM）控制旨在减少对外部电压参考的依赖，并在显著较低的电网强度下保持稳定运行[11,12].
因此，验证不仅应考虑短路比，还应考虑网络阻抗角、(X/R)比值、相邻转换器的行为、系统拓扑结构以及运行期间电网强度的变化。时域扰动测试可能需要辅以阻抗或导纳测量以及频域稳定性评估。GFM转换器在交流电网侧应在0.1 Hz–2.5 kHz范围内表现出正阻抗特性，但不包括50 Hz基波附近的45–55 Hz死区。2.1.7. GFM-GFL模式切换、孤岛运行、重同步与黑启动
部分基于变流器的资源设计为可同时在GFM和GFL模式下运行。在这些装置中，GFM-GFL控制模式切换可根据电网状况或操作员指令手动或自动启动。切换过程不应出现不可接受的电压或频率偏差、过大电流、不稳定功率振荡或意外跳闸。通常，在GFM-GFL模式切换期间，有功功率的突变不应超过额定有功功率的20%，且切换持续时间不应超过200毫秒。
该功能与永久GFM运行不同，因此当其作为预期资源功能的一部分时，应进行明确验证。相关场景包括电网削弱或孤岛形成后从GFL向GFM的过渡，以及重新连接到强外部电网后从GFM向GFL运行的恢复。
由于GFM资源能够自主建立电压和频率，它可能还需要在与主网分离后保持稳定运行，并随后与外部电网重新同步[6,27]。在孤岛运行期间，GFM资源必须在平衡发电与需求的同时，维持可接受的电压和频率，无论是独立运行还是与其他GFM资源协同工作。
在重新并网之前，电压幅值、频率和相位角必须控制在规定的同步限值内，以避免过度的暂态功率交换。因此，从并网运行到孤岛运行以及随后的重新同步过程，代表了一个完整的自主GFM场景，而不仅仅是稳态控制功能。
黑启动提出了进一步的要求，因为资源必须在没有现有电压参考的情况下为已断电的网络励磁。变压器励磁涌流、电缆充电电流、辅助负荷、电机启动以及分阶段负荷接入可能会带来巨大的电流和能量需求[27,28]。通常情况下，在不与电网连接的情况下为额定容量的升压变压器励磁时，同步黑启动电压上升时间不应超过60秒。
区分黑启动能力与完全从零电压开始的黑启动场景是非常有用的。前者确定单个资源是否具备所需的励磁能力，而后者则评估完整的GFM系统是否能从零电压建立网络电压，并按照预定的恢复顺序成功恢复负荷。2.1.8. 孤岛运行中的负荷跟踪与功率分配
在孤岛运行期间，GFM系统必须在保持电压和频率处于可接受范围内的同时，持续平衡功率。因此，根据参与资源控制特性的变化，负荷的变化会引起有功和无功功率输出的相应变化。
当多个GFM单元并联运行时，其下垂特性应能实现稳定的负荷分配，避免产生过大的环流或单个单元过载。随后，较慢的监督控制可恢复电压和频率偏差，或调整资源间的调度[29].
因此，跟踪负荷和频率-电压下垂性能代表了一种综合的系统级能力，结合了有功功率平衡、频率调节、无功功率分配和电压支撑。它与微电网和其他自主系统尤为相关，并且比单独的有功和无功功率设定值测试提供了更全面的评估。2.1.9. 电能质量与不平衡支撑
除了基波电压和频率支撑外，构网型资源在存在谐波失真和电压不平衡的情况下也应能满意运行。它们还应避免向连接的电力系统引入不可接受的谐波失真。
根据适用的规范和控制设计，GFM资源还可能有助于谐波阻尼、电压不平衡缓解或负序电流支持[17,23]。例如，IEEE Std 2800包含了与并网IBR负序电流响应相关的要求[30].
]。此类运行可能会增加相电流不平衡、热应力和直流链路电压纹波，特别是在不对称扰动期间。因此，相关的验证场景包括谐波测量、谐波电压注入、不平衡电压扰动、不对称故障和负序响应。2.1.10. 互操作性与多厂商运行
GFM资源将越来越多地作为包含多个基于变流器设备的系统组件运行，而非孤立单元。这些设备可能包括多个GFM变流器、传统GFL资源、同步发电机、高压直流变流器以及由不同制造商提供的装备[4,20].
最终的系统行为取决于具有不同结构、带宽、下垂设置、惯性参数、保护功能和限流策略的控制器之间的相互作用。由于商业变流器控制通常是专有的，系统运营商和项目开发商对内部控制实现的可见性可能有限。
因此，稳定的运行最终必须通过外部可观察的行为来证明。关键的互操作性要求包括稳定的有功和无功功率分配、不存在不利的振荡相互作用、对常见扰动的适当响应，以及随着变流器参与度和网络强度的变化而保持稳健运行。
因此，对于大型可再生能源电站、海上网络、多端高压直流系统以及未来以变流器为主的互联电力系统，多厂商验证尤为重要。2.2. 将功能需求映射到代表性验证方法
上述讨论的功能需求与用于验证这些需求的扰动及验证方法密切相关。表1提供了主要需求、代表性验证场景和合适验证方法之间的初步映射。
表1。GFM功能需求与代表性测试场景及验证方法的映射关系。
映射结果表明，没有任何单一的验证平台能够展示GFM性能的所有方面。快速电压源和限流行为可能需要高分辨率的EMT或基于硬件的测试，而电厂和系统级的交互则需要可扩展的模拟、CHIL、联合模拟或现场证据。详细的验证方法和测试程序分别在第4节和第5节中讨论。2.3. GFM部署的应用场景与电网规模
上述功能需求在不同应用中的重要性并不相同。其所需量级、持续时间、运行限制及验证方法，很大程度上取决于系统的电气规模、拓扑结构、资源组合以及运行角色。
例如，在小型自治网络中，主要关注点可能是单个GFM资源能否建立电压和频率，并适应较大的相对负荷变化。而在输电层面，重点则转向系统强度、相角扰动、故障穿越、电站级协调以及大量基于变流器的资源之间的相互作用。
图5展示了随着系统边界从微电网扩展到大型互联电力系统，主要部署功能和验证重点是如何演变的[8,11,14,29,31,32,33,34,35].
图5。规模相关的GFM部署功能与验证重点。
2.3.1. 微电网与纳米电网
微电网和纳米电网包括独立建筑、电信设施、远程安装设备以及紧凑型交流、直流或混合电气系统。它们通常仅包含少量发电和储能资源，故障水平相对较低，且可能具有有限的存储能量。
其较小的物理尺寸并不一定意味着简单的动态行为。电机启动、变流器跳闸或负荷阶跃可能占总需求的显著比例，因此可能导致电压和频率的大幅波动。
当电池储能系统（BESS）或其他变流器接口资源作为主要可控电源时，构网型（GFM）控制器必须在持续平衡发电与需求的同时建立母线电压和频率。因此，验证应重点关注负荷阶跃和负荷切除性能、电压/频率调节、孤岛运行、黑启动以及可用电流和能量裕度。
在低压网络中，阻抗比可能与输电系统有显著差异，并可能改变预期的有功功率/频率和无功功率/电压关系。因此，验证网络应重现实际或保守估计的阻抗，而非假设为主要感性接口。2.3.2. 微电网
微电网将这些要求扩展到包含多个分布式能源、可控负荷、保护系统和明确公共连接点的系统。典型应用包括校园、工业、军事、偏远岛屿和社区微电网。
GFM控制提供快速的本地电压和频率参考，并实现参与资源之间的有功和无功功率共享。在较慢的时间尺度上，二次控制可以恢复电压和频率偏差，而三次控制则负责管理经济调度以及与主网的功率交换[29].
因此，验证必须超越单个变流器的行为。重要的关注点包括功率共享、环流、控制器交互、GFM-GFL模式切换、通信故障、与同步发电机的协调、非计划孤岛运行、负荷接通、黑启动以及重新并网。
保护同样重要，因为变流器的故障电流是受限且可控的，这可能会降低针对同步发电机提供的大电流故障而设计的保护方案的有效性[31,32].
因此，一个全面的微电网验证计划应结合变流器级扰动测试、微电网控制器测试、保护研究、CHIL评估，以及端到端的孤岛运行和并网演示。2.3.3. 高IBR渗透率的配电网
在配电层面，光伏系统、电池储能系统、电动汽车充电基础设施和柔性负荷可能分布在多个馈线中。相关问题包括电压升高、反向功率流、相位不平衡、谐波失真、网络可观测性受限，以及与传统电压控制和保护装备的协调。
GFM资源可以提高局部电压刚度并提供快速无功电流支持。然而，激进的电压调节可能会与其他变流器、电容器组、电压调节器或带载分接头发生交互作用。因此，必须在馈线层面而非仅在单个变流器端子处评估GFM性能。
配电级验证应包括不同的读档和分布式能源调度级别、电压控制装备状态、网络配置、不对称故障、负序条件、谐波特性以及保护配合。
IEEE Std 1547-2018 和 IEEE Std 1547.2-2023 为并网分布式能源（DER）的运行提供了重要的基准，包括电压和频率特性、穿越能力、电能质量、互操作性以及孤岛运行规定 [36,37]。然而，仍需进行额外测试以验证特定的GFM功能，例如自主电压形成和稳定的孤岛运行。2.3.4. 输电级可再生能源并网
大型并网光伏、风电、电池储能系统（BESS）及混合可再生能源电站可能包含数百个通过变压器和集电线路连接的逆变器单元。尽管每个逆变器都具备本地控制功能，但输电网会在电站并网点与聚合后的装置发生交互。
因此，必须在逆变器和电站两个层面验证GFM（构网型）性能。主要关注点包括系统强度、快速有功和无功功率响应、相角跳变行为、故障穿越、电流限制、振荡抑制，以及单个逆变器与电站控制器之间的协调。
电网强度通常通过SCR（短路比）来表征，尽管SCR本身无法捕捉相邻逆变器的交互作用、网络谐振、运行点变化或频率相关阻抗[8,34].
因此，电站级验证应从详细的变流器和电站电磁暂态研究逐步推进到控制器硬件测试，并在适当情况下进行调试和现场验证。应特别关注电站连接点的聚合行为，因为集电线路网络、变压器、滤波器和电站控制系统可能会改变输电系统所观测到的GFM特性。2.3.5. 海上风电与高压直流连接系统
通过VSC-HVDC系统连接的离岸风电场引入了额外的换流器交互层级。此类设施可能包含风力发电机换流器、离岸变压器、海底电缆、离岸和陆上HVDC换流器，以及相关的控制和保护系统。
可以采用不同的GFM配置。离岸HVDC换流器可以为GFL风力发电机建立离岸电压和频率，或者风力发电机本身可以以GFM模式运行并共同建立离岸交流网络。在陆上终端，GFM控制的HVDC换流器可以为输电系统提供有功和无功功率支持。
直流侧能量平衡尤为重要。交流侧有功功率输出的变化必须由直流系统内的其他部分提供或吸收。因此，GFM频率支持必须与直流电压调节、可再生能源发电、换流器额定值以及可用能量裕度进行协调。
长距离海上电缆和变压器会引入进一步的问题，包括谐振、充电电流和励磁暂态[38]。因此，详细的电磁暂态模拟以及在适当情况下的硬件在环评估，对于验证海上风电应用中的GFM行为和控制至关重要[35]。此外，当多个换流器和高压直流系统相互作用时，还应考虑多供应商的互操作性[39].2.3.6. 跨境与互联电力系统
在最大规模下，GFM资源可能在通过交流输电、高压直流互联和海上电网连接的互联网络中运行。某一区域的扰动可能通过电气和控制交互传播到相邻区域。
GFM资源可能提供频率支撑、电压支撑和振荡阻尼，但局部有益的响应可能会改变区域间潮流或激发其他位置的振荡模式。因此，必须在局部连接点之外评估GFM的性能。
高压直流互联设备会引入进一步的耦合，因为一个换流器的有功功率响应会改变通过直流系统传输的功率，并影响其他终端。多端网络可能涉及多个换流器同时做出响应。
跨境实施还引入了电网规范、模型、性能要求和验收标准方面的差异。因此，互操作性和模型交换变得日益重要。例如，InterOPERA项目针对具有GFM能力的多端多厂商高压直流系统，解决了共同的功能需求、标准化的模拟模型、交互研究以及实时演示问题[39].
在此规模下，对整个互联网络进行完整的EMT表示在计算上可能并不实际。采用分层建模方法——即对广域网络使用RMS模拟，对换流器主导区域使用详细的EMT模型，并结合RMS-EMT混合或联合仿真方法——提供了一种更具扩展性的验证策略。2.4. 不同电网规模的对比要求
前面的讨论表明，主导的GFM功能和验证优先级会随着部署规模的变化而发生显著变化。表2总结了这些差异。
表2。不同电网规模下GFM部署与验证要求的对比。
如表2这表明，没有一套测试能够适用于所有GFM部署。验证范围必须随部署范围同步扩展。装备级测试可以验证基础的变流器能力，而自主微电网则需要集成控制器和系统测试，输电或跨国设施则需要电厂级和系统级的模拟以及互操作性评估。
本节确定的功能要求和应用场景为下文讨论的面向行业的验证程序提供了技术基础第5节特别是，基础电压/频率和有功/无功功率功能为基础功能测试提供了基础；电压和频率调节、惯性响应、阻尼、电压耐受、相角响应、模式切换和黑启动支撑了GFM能力测试；而孤岛运行、负荷接通、重同步和协调下垂运行则支撑了自主GFM场景验证。3. GFM IBR的行业标准、电网规范与技术规范
管理基于逆变器资源的技术文件并非用途相同。互联标准在特定连接点设定最低要求；电网规范将系统需求转化为特定管辖区的义务；可靠性指南识别规划与运行风险；GFM专用规范定义额外的电压源与同步行为；测试或验证文件则描述证明符合性所需的证据。在制定GFM验证计划时，应区分这些不同的角色。
这种区分对于下文讨论的面向行业的测试集尤为重要第5节其中一些测试，如电压和频率适应性、电能质量、有功和无功功率控制以及电压穿越，与已确立的IBR互联要求密切相关。其他测试，包括惯性响应、相角跳变响应和GFM特有的阻尼特性，在不断发展的GFM规范和电网规范框架中得到了更明确的阐述。而孤岛运行、重同步、负荷接通和黑启动等自主功能，则可能取决于预期的应用场景和项目要求。
因此，仅符合IEEE Std 1547或IEEE Std 2800等通用IBR互联标准，本身并不能证明具备完整的GFM能力。当资源声称具备快速电压源特性、相角响应、极低系统强度下的运行能力、自主孤岛形成、GFM-GFL模式切换或黑启动能力时，需要提供额外的证据。
图6阐明了基准IBR要求、GFM特定功能要求以及用于证实GFM能力声明的验证证据之间的关系。
图6。基准IBR互联要求、GFM特定功能要求与验证证据之间的关系。
以下小节将回顾与本综述中确定的功能要求和验证测试相关的标准、电网规范、技术规范和行业框架。
3.1. IEEE和IEC标准与推荐做法
3.1.1. IEEE Std 2800-2022
IEEE Std 2800-2022规定了连接到输电和次输电系统的IBR的最低互联与互操作性要求。其范围包括电压和频率穿越、有功和无功功率控制、异常频率条件下的动态有功功率支持、动态电压支持、电能质量、负序电流注入、保护、建模、监测和验证[30].
这些要求为本次审查中考虑的几项行业测试提供了相关基准。特别是，它们支持了验证在规定电压和频率范围内的运行、有功和无功功率特性、电能质量、动态频率和电压支持，以及电压耐受或穿越能力的需求。
IEEE Std 2800同样重要，因为合规性是在相关的电厂连接点进行评估的，而非仅仅在单个变流器的端子处。变压器、滤波器、集电网络、电厂控制器及其他装备可能会改变输电系统所观测到的响应。因此，验证工作可能需要结合装备特性、经验证的模型、调试测量以及已安装电厂的测试。
然而，IEEE Std 2800并非完整的GFM规范。合规性并不一定能证明其具备规定的相位角跳变响应、GFM特有的惯性行为、自主孤岛形成、GFM-GFL模式切换或黑启动能力。这些功能需要补充GFM特定或项目特定的标准。
IEEE Std 2800-2022 仍是当前已发布的标准版本。然而，IEEE 已启动 P2800 修订项目（于2025年12月获批），旨在修订并最终取代 IEEE Std 2800-2022。该修订版继续针对连接到输电和次输电系统的基于逆变器/转换器的资源，探讨其互联能力和性能要求。在本次评审时，P2800 仍处于活跃的标准开发项目中，尚未取代 IEEE Std 2800-2022 [40].3.1.2. IEEE Std 2800.2-2026
IEEE Std 2800.2-2026 通过解决输电和次输电连接的 IBR 电厂的符合性评估，对 IEEE Std 2800 进行了补充。它涵盖了用于建立电厂级符合 IEEE Std 2800 的测试条件、建模方法、装备信息以及其他形式的证据 [41].
它与 GFM 验证的相关性主要在于验证过程，而非定义额外的 GFM 功能。电厂的符合性可以通过整个项目生命周期中的补充证据来证明，而非通过单一的实验室测试。这种分阶段的方法与所考虑的测试层级是一致的第4节，其中离线模拟、实时模拟、CHIL、PHIL、实验室测试、调试和现场测量提供了不同形式的验证证据。
因此，IEEE Std 2800.2 有助于解释为什么下文讨论的行业测试可能在不同层面实施，从电力转换系统 (PCS) 实验室测试到完整的现场验收测试。3.1.3. IEEE Std 1547-2018 及相关标准
IEEE Std 1547-2018 规定了连接到电力系统接口的分布式能源资源互联与互操作性的要求[36]。其要求包括电压和频率响应、无功功率能力、电能质量、孤岛运行以及互操作性功能，为与 GFM 资源相关的多种行为提供了基准。然而，IEEE Std 1547 本身并非专门针对 GFM 的规范。
IEEE Std 1547.1-2020 通过规定将分布式能源与电力系统互连的装备和系统的符合性测试程序，对 IEEE Std 1547-2018 进行了补充 [42该标准包括用于验证是否符合IEEE Std 1547互联与互操作功能的类型、生产、调试及定期测试与评估。对于GFM验证，IEEE Std 1547.1提供了一个将功能要求转化为可重复测试程序和符合性证据的成熟范例，尽管对于GFM特有的特性（如快速电压源行为和相位角响应）仍需补充测试。
IEEE Std 1547.2-2023 为 IEEE Std 1547-2018 提供应用和实施指南 [37]。综合来看，IEEE Std 1547-2018、IEEE Std 1547.1-2020 和 IEEE Std 1547.2-2023 分别明确了功能互连要求、一致性测试和应用指南的角色。
这些文件为配电网连接的 GFM 资源（如 BESS、光伏系统和微电网）提供了重要的基准。在 16 项行业测试的背景下，它们与电压和频率适应性、电能质量、无功功率和电压调节、电压耐受性以及与并网和再并网相关的条件尤为相关。
然而，符合 IEEE Std 1547 并不一定意味着 DER 能够自主形成并维持一个有意孤岛。在需要有意孤岛运行的情况下，必须通过额外的项目级要求来定义孤岛边界、参与的 GFM 能源、预期的负荷-发电平衡、保护安排、转换顺序以及再同步条件。3.1.4. IEEE Std 2030.8-2018
IEEE Std 2030.8-2018 规定了微电网控制器的测试，并为与并网和自主微电网运行相关的各项功能提供了测试程序和性能指标[43]。其主要关注点是微电网监督控制器，而非单个转换器的快速内环控制。
因此，该标准与本综述后续讨论的自主GFM场景验证特别相关。这些验证包括并网与孤岛运行之间的切换、电网失电后的运行、再同步、调度以及与黑启动相关的控制序列。这些功能与第5.3节中考虑的自主微电网场景以及第6.1节.
然而，一个完整的GFM微电网验证计划需要同时具备控制器级和变流器级的证据。仅靠成功的监督控制器测试，本身无法证明单个GFM功率转换系统具备亚周期电压源特性、变流器电流限制能力或暂态稳定性。3.1.5. 新兴的IEEE GFM专用工作
IEEE标准化正朝着对GFM装备进行更明确处理的方向发展。IEEE P2800.1正在制定中，旨在解决专门针对与电力系统并联运行的GFM装备的功能能力、性能要求、基于模型的测试程序和测试标准[44]。IEEE P2800a也正在作为IEEE Std 2800-2022的修订案进行开发，以解决与包含GFM装备的资源相关的技术问题[45].
这些进展非常重要，因为它们标志着从通用IBR互联要求向限制级GFM性能和验证标准的演进。因此，随着这些标准的不断完善，电压源响应、类惯性行为、相角响应以及其他GFM特有功能预计将获得越来越正式的处理。3.1.6. IEC 61400-21和IEC 61400-27系列
对于风力涡轮机和风力发电厂的验证，IEC 61400-21系列提供了成熟的电气特性测量与评估程序。IEC 61400-21-1:2019规定了单个风力涡轮机的测量程序，包括频率控制、无功功率特性、惯性控制响应、电压穿越能力以及谐波性能[46]. IEC 61400-21-2:2023 将该框架扩展至风电场，并包含电厂级电气特性测量、电厂控制器测试、电能质量评估以及可支持电气模拟模型验证的扰动记录 [47].
]，而IEC 61400-27-2:2020规定了根据IEC 61400-21测试获得的实测响应来验证此类模型的程序[48] 验证程序涵盖了故障穿越、有功功率控制、频率控制、合成惯量控制和无功功率控制等功能。IEC 61400-21和IEC 61400-27系列标准共同在物理测量、符合性评估、模拟建模和模型验证之间建立了成熟的联系，这与包括GFM应用在内的基于变流器的风力发电验证直接相关。49]. The validation procedures cover, among other functions, fault ride-through, active-power control, frequency control, synthetic-inertia control, and reactive-power control. Together, the IEC 61400-21 and IEC 61400-27 series provide an established link between physical measurement, conformity assessment, simulation modelling, and model validation that is directly relevant to the validation of converter-based wind generation, including GFM applications.3.2. NERC可靠性要求与指南
北美电力可靠性协会（NERC）主要从大电网可靠性的角度来处理IBR行为。相关指南强调了弱电网稳定性、电压和频率穿越、可预测的电流响应、保护协调、模型质量，以及需要采用适用于目标频率范围的建模方法[34,50].
最近的NERC指南还强调，应使用经过验证和基准测试的模型进行详细的正序和EMT研究，同时进行模型质量检查，并记录资源在大信号扰动期间的性能表现[51]。这些活动与GFM验证相关，因为它们加强了模拟、扰动测量与经验证的装备行为之间的联系。
从讨论的行业测试角度来看，NERC框架与电压和频率性能、电压耐受性、弱电网行为、故障响应以及模型验证特别相关。然而，它并不构成针对相位角跳变响应、自主孤岛运行、GFM-GFL模式切换或黑启动等功能的通用认证框架。第5节IEC 61400-27系列提供了相应的建模和模型验证框架。IEC 61400-27-1:2020定义了风力发电机组和风电场通用的正序时域电气模拟模型[3.3. 英国电网构网型要求
英国提供了一个较为成熟的案例，将构网型能力明确纳入输电系统《电网准则》。电网准则修订案GC0137引入了英国电网构网型能力的各项技术规范，其GFM性能基于外部可观测的终端行为而非预设的专有控制器设计来定义[21].
英国的框架与本综述后续讨论的几项GFM能力测试特别相关。它涵盖了对频率变化、相位角扰动、电压源行为、阻尼以及在有限换流器电流限制内运行的功率响应。该规范还指出了与相位角和频率扰动相关的极快速固有有功功率响应。
该框架持续演进，包括对物理和虚拟阻抗的澄清，以及关于相角跳变性能的补充指导[52,53]。这一进展阐明了GFM测试的一个重要原则：除非同时明确测量边界、扰动、响应量以及合规所需的证据，否则仅定义期望功能是不够的。
因此，GB框架为一次调频响应、类惯性响应、功率振荡阻尼以及相角跳变容忍度测试提供了直接的技术依据。3.4. ENTSO-E与欧洲GFM要求
欧洲在GFM能力方面的研究已通过与并网规范开发相关的ENTSO-E技术活动取得进展。当前框架强调了设备和电厂边界的GFM行为[54].
这一区别至关重要，因为变压器、滤波器、电缆、集电网络和电站控制系统会改变在并网点观察到的有效电压源特性。因此，单个换流器端子所展示的GFM能力并不一定能保证在电站层面得以保留。
欧洲的研究重点在于有效阻抗、对电压和相位扰动的响应、稳定过渡到限流状态以及扰动后恢复正常GFM行为等特性。这些概念为电压/无功功率调节测试、相角跳变测试、电压耐受性评估和限流恢复测试提供了技术基础[54].
然而，ENTSO-E的材料应与普遍适用的GFM认证路径区分开来。最终的实施取决于适用的国家或地区并网要求。3.5. AEMO构网型要求
澳大利亚能源市场运营商（AEMO）一直在为国家电力市场内的GFM电厂制定特定的技术要求。其方法侧重于外部可观测的电压源行为，并考虑对电压幅值、频率和相位角扰动的响应，以及阻尼和限流运行[55].
因此，该框架与本综述中确定的几项GFM能力测试直接相关，包括电压/无功功率调节、惯性或快速频率响应、功率振荡阻尼、电压耐受能力以及相角跳变响应。
AEMO 方法的一个重要特征是它承认变流器电流和能量是有限的 [55]。因此，合规性评估应明确扰动前的运行点、可用电流和能量裕度、限流策略以及扰动后的恢复行为，而非仅评估所达到的最大响应。
此处讨论的AEMO要求仍属于不断演进的框架的一部分，因此不应被视为通用的数值要求[55]。在将拟议阈值与既定的电网规范要求进行比较时，这种区分至关重要。3.6. GFM IBRs的UNIFI规范
电网形成型逆变器通用互操作性（UNIFI）联盟提供了一个专门针对GFM资源的厂商中立框架。UNIFI GFM规范第3版定义了逆变器和系统层面的要求，并强调外部可观察的GFM行为，而非要求特定的专有控制器架构。该框架对于理解GFM能力范围特别有用，因为它采用了分层概念，描述了从电压幅值支持到日益广泛的电压角和频率支持、孤岛运行能力，以及最终的黑启动[56].
这一层级关系进一步说明，"构网型"一词并不意味着每种构网型资源都必然提供所有可能的服务。例如，构网型静止同步补偿器（STATCOM）可能提供强大的电压幅值支撑，但并不具备持续频率支撑或黑启动所需的能量能力；而尺寸合适的电池储能系统（BESS）则可能提供更广泛的有功功率和自主功能。
UNIFI还为GFM行为的时域和频域验证提供了直接的动力[56]。相关测试包括电压和频率扰动、相角跳变、故障响应、失去电网连接、系统强度变化以及阻抗相关特性表征。在随后考虑的16项行业测试中，UNIFI因此为电压/无功功率调节、惯量和频率响应、相角跳变容忍度、电压容忍度、孤岛运行和黑启动能力提供了特别相关的背景。3.7. 其他国际和特定项目框架
其他举措旨在解决通用互联标准未完全覆盖的GFM功能。这些包括针对构网型机组和电厂的VDE-FNN技术要求[57]、海上风电要求[35]以及多厂商高压直流互联框架[39].
InterOPERA与未来的海上和跨境系统尤为相关。其工作重点在于解决多终端和多供应商系统中高压直流（HVDC）换流站及直流连接电源模块的构网型功能，并强调构网型运行与直流电压控制之间的协调。
这些特定应用的框架说明了为什么所需的验证程序必须遵循项目的技术风险。基于电池储能系统的微电网可能需要进行限制级孤岛运行、负荷接管、重新同步和黑启动测试，而海上GFM装置可能还需要进行电缆带电、直流电压协调、变流器交互以及多供应商互操作性评估。
同样，在本文审查的框架中，GFM-GFL控制模式切换并未被一致地定义为通用的GFM要求。如果资源被设计为在两种控制模式下运行，那么转换行为应被视为特定装备或项目的能力，并根据该装置约定的要求进行验证。3.8. 标准与面向行业的GFM测试之间的关系
上述审查的标准和规范为讨论中的16项测试提供了不同层面的支持第5节。不应将其解读为规定了统一的GFM测试程序。相反，它们确立了重叠的要求，可据此构建特定应用的验证程序。
表3总结了主要的面向行业测试与上述讨论的标准和框架之间的关系。
表3。16项面向行业的GFM测试与相关标准或规范之间的关系。
表3显示这16项测试涵盖了三个不同的监管和技术层面。第一组主要由基础的基于逆变器的资源（IBR）功能组成，例如运行范围能力、电能质量以及有功和无功功率的可控性。第二组代表了网构型逆变器（GFM）特有的或增强的电网支持功能，包括频率调节、惯性响应、电压调节、阻尼、电压容忍度和相角响应。第三组评估自主系统运行，包括黑启动、负荷接管、电网丢失、重新同步和协调下垂行为。
这种区分非常重要，因为一个资源不应仅仅因为满足了基本的IBR测试就被归类为完全具备GFM能力。相反，并非所有GFM资源都被要求提供所有自主功能（如黑启动）。相反，所需的测试集应根据资源宣称的GFM能力、应用场景、适用的并网要求以及预期的运行角色来确定。3.9. 比较解释
在上述审查的标准和框架中，可以识别出几个共同原则。首先，GFM性能越来越基于外部可观察行为而非特定的内部控制算法来定义。其次，在评估动态支持时，必须明确考虑换流器电流和能量限制。第三，适当的测量边界可能从单个换流器扩展到整个电站或系统。最后，基于模型的证据越来越需要得到硬件、调试或现场测量的支持。
为了定量地展示这些差异，表4使用一组共同属性比较了六种代表性GFM框架的相角跳变要求：扰动幅度、响应时间、测量或评估窗口，以及容差或接受标准。选择相角跳变响应是因为它代表了明显的GFM相关电压源行为，并且所有六种框架都以不同方式对其进行了处理。
表4。所选GFM标准和规范的相位角跳变要求与评估标准的定量比较。
表4这使得协调差距变得显而易见。尽管所有六个框架都涉及相位角跳变能力，但它们在扰动定义、要求是表达为穿越还是有功功率/电流响应、所需响应时间、评估窗口以及验收指标方面存在实质性差异。一些框架规定了固定的角度步长，而另一些则根据分析预期的响应或特定项目的相位跳变限制来定义测试。还有一些框架没有规定通用的数值容差范围。这些差异使得跨司法管辖区的验证结果难以直接比较，并表明需要更统一的扰动定义、测量程序和验收标准。
与此同时，在术语、测量边界、扰动定义、响应阈值、持续时间要求以及孤岛运行和黑启动的处理方面，仍存在显著差异。目前尚无单一文件能提供涵盖本综述所考虑的全部16项面向行业的测试的通用测试与认证框架。
因此，一个实用的GFM验证程序应首先确定并网互联要求，明确所声称的额外GFM能力，然后为每种能力选择合适的证据。第4节考察可用于提供这些证据的主要模拟、硬件在环、实验室、现场和模型验证方法。4. GFM IBR的测试与验证方法
没有任何单一的测试或模拟技术能够验证GFM性能在所讨论的功能要求、电网规模和运行场景下的所有方面。第2节中进行探讨和第3节相反，GFM验证依赖于一系列互补的方法，这些方法在模型保真度、硬件真实性、可扩展性、可重复性、安全性、成本以及重现特定动态现象的能力方面各不相同。
测试可在多个层面进行。在变流器或PCS层面，目标通常是验证基本可控性、电压源特性、保护、限流和动态响应。在电站层面，测试还会考虑电站控制器、集电线路、保护系统以及多个变流器之间的相互作用。在系统层面，重点转向弱电网稳定性、孤岛运行、互操作性和多个GFM资源的集体响应。
图7展示了这一层级结构。从离线模拟转向物理和现场测试，通常会提高硬件的真实感和对特定实现行为的信心，但也会增加成本、安全约束以及重现严重干扰的难度。
图7。GFM测试与验证方法论的层级结构，展示了可扩展性与可重复性之间的权衡，以及硬件真实性的提升。
因此，合适的验证方法取决于测试的具体目标。典型目标包括功能和电网规范要求的验证、动态响应评估、控制器和固件验证、装备认证、模型验证、电站级验证、系统级稳定性评估，以及支持并网和运行研究[16].
以下小节将回顾主要方法，并将其与文中讨论的面向工业的GFM测试联系起来。第5节.
4.1. 离线相量域与电磁暂态模拟
离线模拟在设计、规划和预测试阶段被广泛使用，因为模拟过程不需要实时推进。两种主要的建模方法是相量域（或RMS）模拟和电磁暂态（EMT）模拟。
4.1.1. RMS模拟
RMS模拟主要通过基波相量来表示网络，因此在处理机电和相对缓慢的控制现象时计算效率很高。包含数千个节点的庞大输电网和互联网络可以被高效地表示，这使得RMS模拟在频率响应研究、电压稳定性评估、故障筛选和系统级规划中特别有用。
其在GFM验证中的主要局限性在于对快速变换器动态的表征能力不足。传统的RMS模型通常无法解析亚周期电压源响应、详细的限流行为、开关现象、谐波交互或某些变换器-网络谐振。
RMS和EMT模拟在不同时间尺度上的相对适用性如图8所示图8.
图8。根据所表示现象的时间尺度和带宽，RMS和EMT模拟的适用性示意图。彩色箭头表示RMS型（蓝色）和EMT型（紫色）模型的近似适用范围。垂直虚线将代表性的带宽值与其对应的特征时间尺度连接起来。
因此，RMS模拟最适合涉及较慢频率、电压和区域间动态的大规模系统研究，而详细的GFM变流器行为通常需要EMT建模。4.1.2. EMT模拟
EMT模拟表示瞬时电量，并使用足够小的模拟时间步长求解网络方程，以重现快速的电气和变流器控制动态[59]。典型的时间步长在几微秒到几十微秒的数量级，具体取决于所研究的模型和现象。
这种高时间分辨率对于GFM验证尤为重要，因为GFM的几种定义行为发生在扰动后的最初几个电气周期内。这些行为包括相角跳变响应、快速电压和无功电流响应、电流限制、故障穿越、变流器-网络交互以及在极弱电网中的运行。
RMS与EMT表示法的比较表明，这两种方法在较慢的频率动态下可能相当一致，但在相位角跳变和短路故障等快速扰动期间会显著分歧[60]。因此，EMT模拟是详细评估后续讨论的许多GFM能力测试的主要模拟方法。
主要缺点是计算负担。对以换流器为主的大型系统的详细建模可能会带来巨大的计算需求[61]。混合RMS-EMT模拟通过在换流器主导区域保留详细的EMT模型，同时使用RMS模型表示周围的大型网络来解决这一局限性[60].
代表性软件环境包括PSCAD/EMTDC、EMTP、DIgSILENT PowerFactory、PSS/E以及基于MATLAB/Simulink的工具。然而，结果的保真度取决于模型本身。即使是详细的EMT模拟，如果保护逻辑、电流限制、控制切换或专有换流器动态表示不准确，也无法提供可靠的验证。4.2. 实时数字模拟
实时数字模拟提出了额外要求，即每个数值模拟步骤必须在相应的物理时间间隔内完成。因此，模拟时间与真实时钟同步推进。实时电磁暂态模拟通常以约10–50 μs的时间步长运行，而基于FPGA的专用表示方法可为详细的变换器开关模型实现亚微秒级的有效分辨率[62]。RTDS、OPAL-RT和Typhoon HIL等平台提供实时计算以及低延迟的模拟和数字接口。
实时模拟具有两个重要用途。首先，它允许在受控条件下进行长时间且可重复的扰动序列以及人机在环研究。其次，它为硬件在环测试提供了所需的计算平台。
对于GFM应用，实时模拟在微电网切换、电厂控制器测试、高压直流和海上系统研究、多性向变换器交互以及系统级扰动场景中特别有用。其主要限制是模型复杂度必须保持在实时平台的计算能力范围内。4.3. 控制器硬件在环测试
控制器硬件在环（CHIL）将实际的变换器或电厂控制器连接到代表变换器功率级和电气网络的实时数字模拟器[63]。只有低功率的测量和控制信号跨越物理控制器与模拟之间的边界。
基本布置如图所示图9a. 模拟器向控制器提供端电压、电流、断路器状态及其他测量值的表示。物理控制器向模拟系统返回开关指令、参考值或其他控制信号。
图9。（）控制器硬件在环（CHIL）与（）功率硬件在环（PHIL）测试配置的比较。b) power hardware-in-the-loop (PHIL) test configurations.
由于不与物理控制器进行显著的电能交换，CHIL提供了一个相对安全且可重复的环境，可以在其中施加严重的扰动。同时，它能对实际实现的控制硬件和固件进行测试，因此可以捕捉到处理器延迟、量化、测量滤波、通信延迟、保护状态机以及控制模式切换等在纯软件模拟中可能无法完全体现的因素[63].
这使得CHIL在多项面向工业的测试中显得尤为重要。GFM-GFL模式切换、电网失压与重同步逻辑、孤岛负载接通以及协调的频率-电压下垂运行，都高度依赖于实际实现的控制器和监控逻辑。因此，在对运行中的微电网进行等效测试之前，可以使用CHIL来研究第5.3节中讨论的自主GFM场景。
CHIL的主要局限性在于实际功率级不存在。半导体电流限制、开关行为、热效应以及其他依赖硬件的特性必须在实时模型中体现，或通过PHIL或物理转换器测试进行验证。4.4. 电力硬件在环测试
电力硬件在环将实时模拟的边界扩展到包含物理电力装备。如图图9b所示，实际的变换器、变换器模块或缩比电力设备通过可控电力接口或高带宽电网仿真器连接到实时模拟网络[64].
模拟网络与被测硬件之间进行真实的电能交换。因此，在保持对模拟电网扰动控制的同时，可以观察到实际的变换器开关动作、硬件保护、电流限制、滤波器特性以及其他物理效应。
PHIL在评估转换器与电网之间物理交互至关重要的功能方面特别有用，包括故障电流限制、故障穿越、电压/无功功率响应、谐波特性以及弱电网条件下的运行[64,65,66].
主要技术挑战在于保持模拟与物理硬件接口处的稳定性和准确性。实时求解器、功率放大器、测量链和通信接口的延迟会在闭环中引入额外的相位偏移。因此，所选的接口算法必须平衡测试稳定性、带宽和准确性[64,65].
与CHIL相比，PHIL提供了更高的硬件真实性，但需要更专业的电力装备、额外的安全措施以及更高的成本。因此，通常在物理功率级行为是验证目标的核心时应用它。4.5. 模拟直流电源和交流电网的PCS实验室测试
在讨论的面向行业的测试中，一个特别重要的配置是第5节使用模拟直流电源和可控交流电网的PCS实验室测试。该设置重现了GFM功率转换系统的电气环境，同时允许独立改变直流侧电源和交流侧电网的条件[35].
可编程直流电源能够模拟电池或其他直流资源的电气特性或运行极限，而再生式交流电网模拟器或同等可控电源则能在交流端施加电压、频率、相位角、谐波及故障相关的扰动。可包含合适的电抗器、变压器、滤波器、测量系统、保护装备和负载箱，以模拟预期的接口阻抗和运行条件。
这种配置非常适合重复的装备级测试，因为可以以可控且可重复的方式施加运行条件和干扰。它特别适用于下文讨论的以下测试：第5节:
该设置在这些测试中的适用性有所不同。电压和频率适应性可以通过在规定的连续运行范围内改变交流电源来评估。电压/无功功率调节可以通过受控的电压扰动来评估。惯性响应可以通过施加定义的频率轨迹或RoCoF来研究。相位角跳变测试要求交流电源施加快速且精确控制的相位偏移。电压耐受性测试要求电网模拟器和实验室接口能够重现规定的低压和高压扰动特性。
因此，实验室测试为模拟与现场设备测试之间提供了一个实用的跨链桥。它包含了实际的PCS硬件，同时保留了现场通常无法实现的控制和可重复性。4.6. 现场测试与信号注入测试
现场测试评估了安装在实际电网中的GFM资源。这提供了最高程度的真实性，因为变流器、直流电源、变压器、电厂控制器、辅助系统、保护装备和电网接口都以其最终配置呈现[16,67].
某些测试特别适合现场验证。例如，有功和无功功率控制可以通过在运行范围内应用指令，并测量指令跟踪精度、斜坡特性、调节时间以及稳态误差来进行评估。黑启动能力也可能需要现场测试，因为它取决于完整的已安装电厂、辅助电源系统、网络励磁顺序以及实际负载。
一次调频测试可以使用信号发生器或等效的频率注入装置进行，使控制系统能够经历规定的频率偏差，而无需扰动实际的电力系统频率。随后，所得的有功功率响应可与要求的下垂特性或频率响应特性进行比较。
这种方法阐明了一个重要原则：施加给控制器的扰动并不总是需要源自实际的电网事件。在适当且安全的情况下，受控的信号注入可以提供一种可重复的手段，用于验证已安装的控制响应，同时避免对网络造成不必要的扰动。
然而，现场测试存在重要的局限性。严重的故障、大幅相角跳变、失控孤岛运行以及其他重大扰动通常无法在运行网络中人为施加。由于系统条件不断变化，测试的可重复性也受到限制。因此，现场测试应作为受控实验室、模拟和硬件在环（HIL）测试的补充，而非替代。
高分辨率现场测量（包括PMU数据）还可用于验证模型，并在自然发生的扰动后验证性能 [16,67].4.7. 微网现场测试与自主场景验证
自主GFM功能需要验证完整的控制架构，而非仅仅是单个变流器。这些功能包括从零电压黑启动、孤岛负载接通、电网失电后的运行、重新同步以及基于频率-电压下垂的协调负荷跟踪 [43].
对于这些场景，CHIL提供了一个安全的中间验证阶段，因为实际的监控和变流器控制硬件可以连接到微电网的实时模型上。极端工况、替代的负荷-发电平衡、通信故障、断路器动作以及不成功的切换场景都可以重复进行，而不会危及运行网络。
在CHIL测试达到满意结果后，相同的场景可以在实验室或运行中的微电网上进行演示。随后，现场测试将验证控制架构与实际变流器、保护装备、开关设备、辅助负荷、变压器以及连接负荷之间的交互。
因此，这两种方法提供了互补的证据。CHIL强调可重复性、控制器实现以及探索广泛场景的能力，而微电网现场测试则提供了最终证据，证明完整的物理系统能够执行预期的自主运行。
这种分阶段的方法特别适用于文中讨论的四种自主GFM场景。第5.3节:
4.8. 联合模拟与多领域测试
富含GFM的电力系统可能涉及电网、通信基础设施、保护系统、监控控制以及市场或调度系统之间的交互。单一的模拟平台可能无法高效地代表所有这些领域。
联合模拟通过编排框架将专门的模拟环境耦合起来，从而解决了这一局限性。每个子系统保留其原生的求解器和时间步长，同时在定义的同步点交换选定的接口变量[68].
基于功能模型接口（FMI）等接口的框架和HELICS等平台，可以支持输配电、通信、保护和市场研究的集成研究[68].
对于GFM验证，联合模拟对于多厂商系统、大型微电网、海上及高压直流系统以及控制、通信和电气动态相互作用的跨国网络尤为重要。
主要挑战在于耦合接口。准确性和稳定性取决于数据交换间隔、耦合算法、延迟、代数环处理以及模型间交换变量的一致性。4.9. 模型验证与基准测试
模拟结果的可靠性仅取决于其所基于的模型。因此，模型验证本身就是一项基础的GFM验证活动。
制造商模型可能从透明的白盒表示到编译的黑盒或真实代码实现不等，这些实现既能保护专有信息，又能重现生产控制行为[16]. 每种方法在透明度、知识产权保护、计算性能以及对所表示动力学的置信度之间，都存在不同的权衡。
典型的模型验证工作流程如图所示图10。首先将一组预定义的扰动同时施加到模拟模型和可信参考系统上。代表性扰动可包括电压和频率变化、相角跳变、故障事件、限流操作以及频域扰动。随后将模型响应与通过CHIL、PHIL、实验室测试、调试或现场观测获得的数据进行对比。
图10。GFM模拟模型验证与基准测试的代表性工作流程。箭头表示验证活动的顺序以及模型优化的反馈循环。红色“NO”和蓝色“YES”标签表示模型是否满足指定的验收公差。
验证应考虑电压、电流、有功和无功功率、频率、相位角、限流响应、扰动恢复以及（在适用情况下）阻抗特性等参数。应在模型随后将要使用的运行条件和时间尺度上证明其一致性。
既定标准和行业指南为这种测量到模型的验证过程提供了更正式的示例。IEC 61400-27-2规定了通过与使用IEC 61400-21程序获得的测量响应进行比较，来验证风力涡轮机和风力发电厂的电气模拟模型[46,47,48,49]。CIGRE技术手册881将这一视角扩展到具有高渗透率逆变器并网发电的大型电力系统的电磁暂态模型，包括模型开发、充分性评估以及用于系统影响研究的模型验收测试[69]. CIGRE技术手册928进一步探讨了基于变流器的现代电力系统中的多频稳定性与变流器交互作用，并为选择和评估合适的分析方法提供了基准示例[70]。针对GFM特定的VSC-HVDC应用，CIGRE技术手册1001讨论了同步构网功能，并包含一个用于评估扰动响应的控制器测试台框架[71].
当无法在现场安全复现的测试（如严重故障或大型系统扰动）必须通过模拟进行评估时，经过验证的模型显得尤为重要。4.10. 验证方法的比较与选择
上述审查的方法是互补的，而非竞争关系。表5提供了定性比较。
表5。GFM测试与验证方法的定性比较。H = 高；M = 中；L = 低。
因此，验证方法的选择应遵循所评估的行为。基础PCS功能通常可以使用可控的实验室测试台进行验证，而自主GFM场景则需要验证完整的监控和变流器控制架构。严重的快速扰动可能需要EMT、PHIL或实验室测试，而完整的已安装电厂响应最终需要现场证据。
表6明确地将本节讨论的主要验证设置与下文讨论的相应面向行业的测试联系起来第5节. 表6还强调了为行业验收测试指定的设置并不妨碍使用其他方法作为支持性证据。例如，相位角跳变能力可以在PCS实验室测试台上进行验证，但在此之前可以使用EMT和CHIL研究来探索运行包络线。同样，在进行现场黑启动演示之前，可以先进行实时模拟和CHIL测试，以降低实施风险。
表6。面向行业的GFM测试与典型验证设置之间的关系。
因此，分阶段验证策略更为理想：首先利用模拟探索运行包络线；随后通过实时和硬件在环测试引入实际控制实现；接着在实验室测试中引入物理动力装备；最后在现场测试中实际运行条件下进行最终确认。
该层级结构为以下内容提供了方法论基础第5节，该内容考察了与在...中定义的GFM功能相关的特定扰动、测试程序、性能指标和评估标准第2节中进行探讨.5. 测试场景、性能指标与评估标准
在第2节中进行探讨中描述的功能要求最终必须转化为可重复的测试场景和可衡量的性能指标。一个有意义的GFM测试应定义初始运行条件、施加的刺激或扰动、测试边界、待测参数，以及在适用情况下，用于评估响应的验收标准。如第4节中所讨论的，相同的性能能力可以使用不同的验证平台进行评估，但其基本测试目标和响应参数应保持一致[14,15].
为了本次评审的目的，主要测试场景分为三类：基础功能测试、GFM能力测试以及自主GFM场景验证。这种分类方式将本节中的详细技术讨论与本评审后续提出的16项代表性行业导向验证测试联系起来。
性能评估通常应结合时域指标进行，包括响应开始时间、上升时间、超调量、调节时间、稳态误差、峰值电流、恢复时间以及持续响应时间，同时结合频域参数，以提供关于电压源特性、振荡稳定性或变换器网络交互的补充信息。适用的数值验收限值取决于相关标准、电网规范、项目规范和运行条件，而非单一通用的GFM标准。
5.1. 基本功能测试
第一组测试旨在评估PCS是否能实现IBR预期的基本电气功能，然后再评估更专业的GFM特性。这些测试包括电压和频率适应性、电能质量以及有功和无功功率控制。图11展示了一个代表性的实验室装置，用于使用模拟直流电源和可控交流电网评估基本PCS功能图11.
图11。用于基本功能测试的实验室测试装置。实线表示电气电源连接，虚线表示到采集设备的信号连接以及开关装置（Q1和Q2）极之间的机械耦合。
5.1.1. 电压和频率适应性
电压和频率适应性测试验证GFM PCS是否能在允许的连续电压和频率运行范围内保持稳定运行，而不会发生意外跳闸、故障或性能出现不可接受的恶化[30,36].
使用可控交流电源，应在适用的运行范围内改变端电压和频率，同时将PCS保持在代表性的有功和无功功率运行点。应考虑增加和减少两种变化情况，并且如果资源是储能系统（ESS），测试应包括与充电和放电相关的运行点。
主要评估标准是：
此测试应与动态电压和频率支撑测试区分开来。电压和频率适应性测试证明装备能够耐受正常运行包络线，而GFM能力测试则在第5.2节中评估PCS在扰动期间如何主动支撑电网。5.1.2. 电能质量测试
电能质量测试评估GFM PCS引入的谐波失真及其与现有网络谐波的相互作用。根据变流器输出阻抗和控制特性，PCS可能会衰减某些谐波分量，或者导致谐振和谐波放大。
评估可包括在代表性运行工况下测量电压和电流谐波频谱，并在适当情况下，在选定频率下注入谐波电压分量。谐波注入可用于检查与频率相关的换流器阻抗以及换流器与网络发生谐振的可能性[23].
由于开关行为、死区时间、输出滤波器和物理硬件会影响谐波性能，PCS实验室测试或PHIL可以提供简化数字模型可能无法完全重现的有用信息[23,66].
相关的性能指标包括：
5.1.3. 有功功率控制测试
有功功率控制测试评估GFM PCS在整个预期运行范围内准确可靠地跟踪外部指定有功功率指令的能力。
对于电池储能系统（BESS）等可调度资源，可以在代表性的充放电条件下应用不同的有功功率指令。可以使用阶跃和斜坡变化来检查指令跟踪精度和动态响应。电网级GFM BESS运行的现场测量结果表明，其能够同时进行调度跟踪和辅助服务提供，这说明了这一基本控制功能的实际意义[67].
典型的绩效指标包括：
本次测试的目的是基础可控性，而非调频。在后者中，即第5.2.1节中，有功功率参考值会根据测得或注入的电网频率偏差自动变化。5.1.4. 无功功率控制测试
无功功率控制测试同样评估PCS在整个规定运行范围内跟踪指令无功功率值的能力。
在维持有功功率运行点处于代表性值的同时，可以施加一系列无功功率指令。当变流器的能力取决于同时的有功功率输出时，测试应考虑多个运行点，以便观察视在功率和电流限制的影响。
相关的性能指标包括：
与有功功率控制一样，此测试应与动态电压调节区分开来。无功功率控制测试评估对限制级（Q）指令的响应，而电压/无功功率调节测试则评估（Q）是否根据电网电压扰动自动变化。5.2. GFM能力测试
第二组评估与GFM运行更直接相关的行为。在本综述考虑的ESS示例中，确定了八项主要能力测试：一次调频、电压/无功功率调节、惯性响应、功率振荡阻尼、电压耐受、相角跳变耐受、GFM-GFL模式切换以及黑启动能力。
5.2.1. 一次调频能力
一次调频测试评估GFM资源在电网频率偏离其标称值时，是否能适当调整有功功率输出。可通过可编程交流电源施加规定的频率偏差，或者在适合的现场测试中，通过注入频率信号来实现。
测试应包括过频和欠频工况，以及具有代表性的扰动前功率水平。随后可将测得的有功功率响应与要求的频率下垂特性进行比较[17,18].
相关指标包括：
频率支持评估应始终考虑资源的能量能力。如果额外功率无法维持所需时长，仅靠快速的有功功率响应是不够的。5.2.2. 电压/无功功率调节能力
电压/无功功率调节测试评估GFM资源是否通过调整无功功率或无功电流输出，正确响应网络电压幅值的变化。
在保持扰动前运行条件的同时，可通过可编程电网电源施加源电压幅值的阶跃变化，该变化通常在连续运行范围内[15,17]。扰动应在两个方向上施加，并在相关情况下，在多个有功功率水平下施加，以揭示无功电流裕量的影响。
电压阶跃测试也提供了GFM电压源特性的证据。初始的快速电流响应应与随后的受控电压/无功功率下垂响应区分开来[4,15].
相关的时域指标包括：
5.2.3. 惯性响应能力
惯性响应测试评估GFM资源是否产生与RoCoF相关的快速有功功率响应，从而模拟与同步机惯性相关的频率稳定行为。
转换器可能会受到受控频率斜坡或定义的RoCoF事件的影响。对于模拟惯性常数的转换器H，惯性类有功功率响应的幅值可以用标幺值近似为：
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美国邱健蓄电池集团总部