上海電力六學SHWNGHWUNMERSTTYOFELECTR上海電力六學SHWNGHWUNMERSTTYOFELECTR從機理揭示到主動抑制上海電力大學海上風電研究院匯報人：上海電力大學趙晉斌教授、潘超博士上海電力大學海上風電研究院新型電力系統(tǒng)的核心在于新能源占據(jù)了主導地位、其演變趨勢如下：@工業(yè)電廠工不不電力電力電子化①0王其其①4上上小型光伏●中國新能源分布莊n●高比例新能源下的系統(tǒng)大擾動穩(wěn)定性高比例新能源接入帶來的問題西北地區(qū)(沙戈荒基地)華北大型風光基地西北地區(qū)(沙戈荒基地)華北大型風光基地東部沿海海上風電基地分布式能源多點布局整w::部部題題E三速4t5電壓控制電壓控制時問尺度功率控制時間尺度電機勵磁AGC直流電壓控制交流電壓控制具有同步功能的功率控制數(shù)字處理直流電壓控制交流電壓控制電力系統(tǒng)電磁智態(tài)過程機電暫態(tài)過程熱動態(tài)過程波過程基本動態(tài)現(xiàn)象時間電流控制時間尺度有功、無功控制跟網(wǎng)型變流器構(gòu)網(wǎng)型變流器高次諧波數(shù)字處理電流控制電流控制同步發(fā)衡量●●構(gòu)網(wǎng)型變流器，其控制策略所調(diào)節(jié)的變量囊括有功功率、無功功率、直流電壓、交流母線電壓、交流輸出電流等，變流器內(nèi)部的動態(tài)響應則分布于●跟網(wǎng)型變流器，以THD低于5%,并網(wǎng)點電壓穩(wěn)定為目標實現(xiàn)與電網(wǎng)同步?！駥τ谧兞髌骺刂频难芯恐饕杏陔姶艜簯B(tài)與機電暫態(tài)時間尺度。其中，電流控制時間尺度、電壓控制時間尺度與功率控制時間尺度最具代表性用也會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性鎖相環(huán)及交流電壓控制環(huán)的動態(tài)交互作用能大學高滲透率新能源電網(wǎng)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)與演化：從機理揭示到主寬頻振蕩問題：當系統(tǒng)呈現(xiàn)“弱特性”后，電力電子設備與受端電網(wǎng)以及距離較近的電力電子設備之間的交互作用會引發(fā)“三個層面，五個過程”的振蕩問題，危害系統(tǒng)穩(wěn)定性。電環(huán)流排制2017年我國魯西背靠背直流工程出現(xiàn)Q4穩(wěn)跳閘。群與串補相互作用廣東南澳風電場經(jīng)柔直并網(wǎng)工程法國-西班牙柔直聯(lián)網(wǎng)工●單一機電振蕩→寬頻段振蕩：由傳統(tǒng)機電機理逐漸擴展到包含電磁環(huán)節(jié)、電力電子控制器●局部振蕩→區(qū)域/跨區(qū)振蕩：振蕩由單個設備或電場擴展到整個風電場、直流工程甚至跨國互聯(lián)系統(tǒng)?！裨O備層面→系統(tǒng)層面：控制器與電網(wǎng)阻抗耦合引起的新型系統(tǒng)級穩(wěn)定性問題逐漸突出?！耠娏﹄娮踊盒履茉础⑷嵝灾绷鞯入娏﹄娮釉O備占比大幅提升。●弱慣量化：同步發(fā)電機組減少，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量和短路容量下降?！駨碗s控制：海量控制器的交互作用，參數(shù)整定困難。照強照西班牙大停電①第一次振蕩前后(約12:15CEST)復至振蕩前的水平，反向交易措施失效，隨后相角③三次大規(guī)模機組脫網(wǎng)(12:32:57-12:33:17CEST)整個事件中，西班牙電網(wǎng)在12:15-12:33短短20分鐘■微擾→負阻尼觸發(fā)→多頻模式互激→廣域傳播→系統(tǒng)性危機(連鎖脫網(wǎng))99高頻、隨機、能量弱新能源(風/光)功率的秒級、分鐘級波動特定頻段振蕩放大件的混合振蕩跨區(qū)域、全局性影響某區(qū)域新能源場站的振蕩引發(fā)數(shù)百公里外機組的功率波動連鎖反應，系統(tǒng)崩潰機理相關)◆來源：源于系統(tǒng)內(nèi)部的微小、高頻擾動，如新能源出力隨機波動、負荷投切、控制參數(shù)的微調(diào)等?！籼攸c：范圍小、能量弱，在傳統(tǒng)電網(wǎng)中通常能被系統(tǒng)自行吸收和阻尼。2尊番81a番81+4五事市a3五事市a3微擾階段的典型特征：●風電擾動：在3s、6s、9s出現(xiàn)瞬時跌落●光伏擾動：在4s、8s出現(xiàn)逆效應功率驟降●整體疊加效應：擾動注入電網(wǎng)后，最大頻率偏差-0.0015Hz,電壓偏差±0.1%p.u.,遠低于系統(tǒng)運行允許值√獨立風電與光伏擾動雖存在差異，但相互作用后整體功率曲線仍維持穩(wěn)定√電網(wǎng)具備微擾動自消納與抑制能力10◆機理：大量電力電子設備(如逆變器)與電網(wǎng)耦合不良時，在次/超同步、中高頻段表現(xiàn)出負阻尼特性。◆表現(xiàn)：不能抑制振蕩，反而持續(xù)注入能量→小擾動被放大，形成持續(xù)振蕩。養(yǎng)z一路生me■車偏睡事■車偏睡事2●功率突變：約2~3秒出現(xiàn)突發(fā)擾動，觸發(fā)系統(tǒng)整體振蕩。●發(fā)電機功角振蕩：綠色曲線→小幅周期擺動，源自功率突變沖擊?！耠妷?頻率潮流振蕩：橙色、紫色曲線→幅值逐漸放大，頻率逐步偏移?！耠妷悍€(wěn)定性惡化：紅色曲線→電壓支撐逐漸減弱，雖處安全范圍，但趨勢下滑。多頻模式互激◆現(xiàn)象：振蕩不再是單一頻率孤立存在，而是不同振蕩模式之間發(fā)生耦合與交互。◆后果：能量在不同頻率、不同設備之間傳遞和疊加→導致振蕩模式更復雜、幅值更高、范圍更廣?！癯跏紨_動：功率突降/機組解列，引發(fā)多模態(tài)振●區(qū)域間振蕩：藍色曲線→0.8Hz,B,B●模態(tài)“互激”:底部曲線→不同頻段能量相互增廣域傳播◆傳播途徑：振蕩能量通過輸電網(wǎng)絡由近向遠在地理上快速傳播，跨越多個區(qū)域和省份◆特征：問題不再局限于單一電廠或局部電網(wǎng)，呈現(xiàn)出系統(tǒng)性、全局性的特征近近●源區(qū)擾動：初始擾動發(fā)生后，振蕩逐步擴展至更遠區(qū)域?！窨鐓^(qū)路徑：振蕩沿互聯(lián)線路快速傳遞，印證了跨區(qū)施排施排●傳播順序：呈現(xiàn)“東北最早→/●幅值差異：不同區(qū)域振蕩幅值雖有差別，但整體波形/◆最終階段：廣域、多模式的劇烈振蕩，導致保護裝置大規(guī)模誤動、發(fā)電機組和新能源場站連鎖脫網(wǎng)結(jié)*演化過程：●初始擾動：藍色曲線→系統(tǒng)出現(xiàn)小幅振蕩，逐漸積累?！穹蔷€性增長：綠色曲線→振蕩幅度持續(xù)增大并注入更多能量?！癖Ｗo動作：橙色曲線→多次保護誤動作，部分機組解列但效果有限。●連鎖反應：紅色/黑色曲線→脫網(wǎng)范圍迅速擴大，電壓頻率大幅下跌?！裣到y(tǒng)失穩(wěn)：底部黑色曲線→穩(wěn)定性指標快速惡化，最終系統(tǒng)全面崩潰。學高滲透率新能源電網(wǎng)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)與演化：從●引入相角與幅值雙通道調(diào)控機制，拓展控制自由●動態(tài)調(diào)整虛擬慣量、虛擬阻尼與虛擬阻抗，塑造目標輸出阻抗特性；kWithoutthecontrol-*Withtcanke(937.5A/div)ioahe(937.5A/div)Q(25MVar/div)Vpea(21875V/div)canke(937.5A/div)ioahe(937.5A/div)EnableSignalTime(100ms/div)Time(20ms/div)基于虛擬慣量、虛擬阻尼和虛擬阻抗的參數(shù)協(xié)同調(diào)控，有效改善變換器輸出阻抗特性，提升系統(tǒng)相位裕度與阻抗穩(wěn)定區(qū)間，為后續(xù)控制參數(shù)重塑與環(huán)路解耦奠定基礎。Y.Zhang.Y.Wang,D.Zhang,X.ChenandC.Gong,"TransactionsonPowerElectronics,●優(yōu)化PLL與電流環(huán)參數(shù)配置，抑制低頻段負阻尼效應；●采用超前校正提升關鍵頻段相位裕度；●結(jié)合在線頻譜監(jiān)測與參數(shù)自適應調(diào)整，實現(xiàn)全頻段阻抗穩(wěn)定性增強。90963通過實時阻抗測量、PLL帶寬自適應與電流環(huán)參數(shù)修正，實現(xiàn)了阻抗特性的動態(tài)重塑，有效提升弱電網(wǎng)條件下的相位裕度與動態(tài)適應性，為環(huán)路解耦提供堅實支撐。M.CespedesandJ.Sun,"AdaptiveControlofGrid-ConnectedInvertersBasedonOnlineGridImpedanceMeasurements,"inIEEETransa技術路徑三：功率、電壓/電流內(nèi)環(huán)的耦合與解耦●外環(huán)功率與內(nèi)環(huán)電壓/電流耦合是主要風險源；●在弱電網(wǎng)下，微小相位差即可被放大為功率振蕩；●通過附加阻尼與虛擬阻抗協(xié)同設計，降低環(huán)路耦合增益。(20ms格)(40ms/格)(a)L=16.4mH(SCR=2)(b)Lg=24.2mH(采用CCF-SPLL同步結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)外環(huán)功率與內(nèi)環(huán)電壓/電流的有效解耦，緩解傳統(tǒng)PLL頻率耦合問題，顯著提升弱電網(wǎng)與高阻抗條件下的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，形成全鏈路的柔性主動抑制能力錢一濤，趙晉斌，馬俊清，等.弱電網(wǎng)下基于對稱PLL結(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器頻率耦合消除與穩(wěn)定性增強