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公众号·电虎圈同步发电机w负荷负荷四传统电力系统的电压和频率动态特性由同步发电机主导同步发电机W同步发电机频率同步w多机同步机理：耦合振荡子的同步过程(KuramotoModel)同步发电机传统电力系统[Dörflereta/2013]虎0.研究背景大惯量转子的摇摆动态圈中中作用中重2光伏电厂新型电力系统风电场微电网同步发电机WHVDC海上风电场新型电力系统具有高比例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系统动态特性发生显著变化!3[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.研究背景物理同步控制同步[1]线络LR三相变流器控制器abedgiI锁相环一有功控制环Q无功控制环电压信号)源网协调控制(a)锁相环型变流器的基本结构●频率与电压有关，与传统电网特性差异较大●被动跟随电网频率(二阶特性)UV线路ULcLR交流电网三相变流器滤波器VabeLkLL检中电压控制环电电压支摔坏&虚红利(b)组网型变流器的基本结构●频率与有功相关，接近于传统特性●主动建立频率电压(具有支撑能力):当前实际中主流表面上的差别0.两类主要的控制方式：跟网&构网跟网型装备构网型装备CP控制器Vdabeabedq电流限幅电流控制环电压模信号电流控制环电压支撑坏Ee频率支撑环电流限幅PQ₂功率计算交流电网功率计算PQ滤波器VIPWMPWMVcL40A内在差别跟网型装备构网型装备鲁棒性能对电网强度不鲁棒(弱电网下易失稳)对电网强度较为鲁棒(可同时适应强电网与弱电网)抗扰性能[3]弱特性互补强跟踪性能13]强弱自稳性I2]主导稳定问题是"锁相环+弱电网"的失稳模态主导稳定问题是暂态失稳以及弱阻尼摇摆外特性[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l2]一定程度上致稳低频模态可用于镇定/致稳跟网型装备支撑能力可做“间接”支撑，反应较慢(例如通过锁相环检测到的频率来修改有功参考信号)快速的“直接”支撑(内电势频率直接由有功生成)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[J],中国电机工程学报，2016.[[]]，o，-j，-J]C,d，?ive电虎圈pet号rs众Pe4A202Ne报e学W程o工tersD电机ver国on中ing关系rm角Fo三ri矛G的Many经济间w网gHo网-构an跟LHu流器au平Ar鞠Priet付强E彬an黄n辛he提C买,X买CLiu尔亚尔n西H艾43微观特性(装备自身)宏观特性(从系统层面看装备对系统的作用)0.两类主要的控制方式：跟网&构网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“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.将要探讨的问题公众号·电虎圈6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o摇摆方程的控制实现软件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)虎圈同步发电机暂态稳定低频振荡(低频段：0.1Hz～2.5Hz)1.构网型装备的自稳性：暂态稳定&虚拟功角振荡1-WDa矸cIPP硬件AC-Side≈7d-轴4vq-轴jXzIδ'号·电虎圈变流器的虚拟功角8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1.构网型装备的自稳性：暂态稳定&虚拟功角振荡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U8电流不饱和下的虚拟功角特性PE=U.Imax=ImaxUcos(8'+β)=Pmcos(8'+3)电流饱和下的虚拟功角特性公众号·电虎圈1.构网型装备的自稳性：暂态稳定...