面向新型电力系统稳定性提升的构网型装备设计与配置（57页PPT)

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面向新型电力系统稳定性提升的构网型装备设计与配 置 — — 从微观到宏观，从“自稳性 ”到“致稳性” 黄林彬 浙江大学百人计划研究员 同步发电机 负荷 频率同步 同步发电机 同步发电机 负荷 传统电力系统 同步发电机 传统电力系统的电压和频率动态特性由同步发电机主导 大惯量转子的摇摆动态 多机同步机理：耦合振荡子 灼同步过程 (Kuramoto Model) [Dörfler eta/2013] 2 0. 研究背 景 风电场 微电网 同步发电机 HVDC 海上风电场 光伏电厂 新型电力系统 新型电力系统具有高比冽新能源与高比例电力电子装备，电力电子 装备的动态特性对系统的稳定性有重要影响 物理同步 P 控制同步 M 系统动态特性发生显著变化 ! 3 电力电子装备没有大惯量的 物理转子，其电压和频率 的生成由控制算法决定 [1 ] 黄林彬，高比例电力电子装备电力系统的同步稳定分析与控制设计 [D] , 浙江大 学， 2020. 0. 研究背 景 对电网强廈较为鲁棒 ( 可同时适应强电网与弱电网 ) 微观特性 抗扰性能 弱 特性眞赴 强 ( 装备自身 ) 跟踪性能 强 弱 主导稳定问题是 " 锁相环 + 弱电网 " 的失稳模态 外特性 !4 最多呈现 " 一维电压源 " 特性 可呈现“二维电压源 " 特性 致稳性 x 一定程度上致稳低频模态 可用吁镇定 / 致稳跟网型装备 宏观特性 可做 ”间接 " 支撑，反应较慢 支撑能力 ( 例如通过锁相环检测到的频 率来修改有功参考信号 ) 概念来源： [2] 袁小明，程时杰，胡家兵，电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题 I] , 中国电机工程学报 ， 2016 (3] 艾力西尔亚亦买买提，辛焕海，黄林彬，付强鞠平，变流器跟网 - 构网 - 经济间的矛盾三角关系 [], 中国电机工程学报 r2024. [4] H Xin C. liu X.Chen Y: Wanq, E Prieto-Araujo, L Huang How Many Grid Forming ConveΓters Do W仑 Need? A Perspective From Small Signal Stability and Power Grid Strength [J] IEEE T transactjons on Power Systems 2024 5 内在差涮 跟网型装备 0. 两类主要的控制方式：跟网 & 构 网 构网型装备 快速的 " 直接！支撑 ( 内电势频率直接由有功生 成 ) 主导稳定问题是 暂态失稳以及弱阻尼摇 摆 ( 从系统层面看装 备对系统的作 用 ) 对电网强度不鲁 棒 ( 弱电网下易 失稳 ) 鲁棒性 能 自稳惮己 1 1) 构网型装备自身有什么稳定问题 ? ( 自稳性 ) 2) 如何通过控制设计提升构网型装备自身的稳定性 ? ( 自稳设计 ) 3) 构网型装备是否能提升电力系统的稳定性 ? 如何量化其效果 ? ( 致稳 性 ) 4) 什么是 u 一维电压源 " , 什么是“二维电压源 " ? ( 外特性与致稳 性 ) 5) 构网型装备 " 自稳性”与 " 致稳性 " 之间的关系是什么 ? 微观层面 宏观层面 微观与宏 观之间的联 系 0. 将要探讨的问 题 6 垦 AC-Side d R C D a 丛 摇摆方程的控制实现 软件 Eį 追 ! 旦 yįyģing 局 丝 ± 必 ġs R 汩川Ⅺ T θ Axj3 of p 小 Ase a St8tor AΓm 旧 tuⅣ 三 yį ±!į 出 & d 唰 ⑴ 厂 ΔįL 些 y≥ 迪 ď Axis of F 小旧 s 旧 c b 硬 件 q 恤旧 xis Axis of 卩小旧 se b 暂态失稳与低频振荡是同步发电机常见的稳定问题，构网型装备模拟同步发电机特性后，也会 有类似的问题；并且这两类稳定问题会因为电力电子自身的特性而发生变化 同步发电机 暂态稳定 低频振荡 ( 低频段： 0.1Hz ～ 2.5Hz) 构网型电力电子装备 电流限幅作用下的暂态稳定 虚拟功角振荡 ( 可能在低频段之 外 ) 1 . 构网型装备的自稳性：暂态稳定 & 虚拟功角振 荡 7 构网型装备 ( 变流器 ) 模拟了同步发电机特性 ( 摇摆方程 ) , 因此也继承了同步机的暂态 稳定 问题，并且该问题还会因为变流器的电流 限幅而变得更为复杂 如何刻画构网型变流器的大干扰同步特性 ? 定义：变流器的“虚拟功角 ”为控制器 d 轴与电网 电压之间的夹角 jXyI δ’ d- 轴 4 v 1 . 构网型装备的自稳性：暂态稳定 & 虚拟功角 振荡 变流器的虚拟功角 8 8 传统同步发电机在大干扰下可能暂态失稳 同步发电机的功角曲线分析 q- 轴