2024年含构网型与跟网型变换器的系统稳定性报告

报告主要研究了新型电力系统中构网型与跟网型变换器的稳定性，包括对偶规律、控制设计、应用拓展、系统稳定性分析和稳定性分析软件与数值计算等方面，具体内容如下：

研究背景

电力系统转型：传统电力系统以煤炭能源和同步电机为主体，新型电力系统则以高比例新能源和电力电子为特征，具有清洁低碳、智慧融合、柔性灵活和安全高效的特点。

稳定性问题：构建新型电力系统是国家战略需求，而稳定性是系统运行的基本前提。新型电力系统中设备属性与电网需求的匹配、逆变器与同步机的协调等问题，导致系统稳定性面临挑战。

主要内容

对偶规律

逆变器控制方式：跟网型逆变器采用电流控制或功率控制和锁相环，在弱网中可能不稳定；构网型逆变器采用电压控制和有功频率下垂/VSG，能构建电压和频率。

对偶控制架构：跟网型与构网型逆变器在控制架构上是对偶的，包括电压 - 电流、有功 - 无功、d轴 - q轴等。

失稳规律：跟网型逆变器在弱电网中，低电流环带宽和高锁相环带宽时易失稳；构网型逆变器在强电网中，低电压环带宽和高下垂控制带宽时易失稳。

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稳定控制设计

阻抗电路模型：变流器的控制可视为虚拟阻抗，每个控制参数对应一个虚拟阻抗电路元件。通过阻抗电路模型，可以直观地理解和设计构网型逆变器的控制参数。

控制参数功能：包括电流PI控制器、电压PI控制器、输出电压前馈、输出电流前馈、交叉耦合、Q - V下垂、P - w下垂等控制参数，它们分别具有不同的物理意义和作用。

应用拓展

多种应用场景：构网型技术可应用于储能、新能源、SVG、HVDC等领域，如构网型MPPT新能源可实现快速支撑电网电压和跟随电网频率变化，构网型HVDC可实现稳定控制。

拓展控制思路：构网型技术的拓展包括构建电压和构建频率、不同的控制方式组合等，以满足不同场景的需求。

系统稳定性分析

阻抗传递函数法：通过全系统阻抗模型，分析系统振荡的原因，进行阻抗参与因子分析，调节控制参数，提升电网小扰动动态稳定性。

同步转矩系数法：利用同步转矩系数法，建模分析设备特性，评估系统同步能力，辨识关键节点，提升大扰动暂态稳定性。

稳定性分析软件与数值计算

分析工具：使用Simplus Grid Tool等软件进行稳定性分析，该工具能自动生成潮流、线路和设备参数，进行动态分析和稳定性指标计算。

数值计算：包括状态空间和隐式状态空间模型，隐式状态空间可以实现阻抗建模方式，输入输出调换，提升数值计算与时域仿真的速度与精度。同时，坐标变换和离散化的方式也会影响计算精度。

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发布于：广东省