电压源型并网变流器的机–网电气振荡机理及稳定判据研究

电压源型变流器广泛地应用于可再生能源发电的并网与接入。随着可再生能源在电网中的比重不断增加,并网变流器在实际电网接入及运行中出现一系列不稳定现象,如次同步振荡和谐波振荡等。因此,揭示其内在作用机理,并提出有效的解决方法是电力系统应对电力电子化冲击的关键。为此,该文对电压源型并网变流器与电网所构成的"机–网系统"的小干扰稳定问题展开深入研究。建立了"机–网系统"的机理模型;给出了"机–网系统"RLC电路等效,并利用频域相量法从阻尼特性的角度揭示了"机–网系统"产生振荡的机理;随后,解析的推导出"机–网系统"固有谐振点频率以及临界稳定判据的表达式;最后在PSCAD/EMTDC以及RTDS硬件在环实时仿真平台上搭建"机–网系统"详细模型,验证了机理分析以及小干扰失稳解析判据的正确性。     

电力电子化电力系统动态问题的基本挑战和技术路线

源–网–荷装备电力电子化是当前我国电力一次系统发展的重要趋势和特征。运行实践中与装备电力电子化相关的不明机理事故频发,开展电力电子化新一代电力系统动态问题研究是保障电网安全稳定运行的重大需求。文中基于源–网–荷环节中电力电子化装备比重持续提升的现实,凝练电力系统稳定分析与控制、故障分析与保护所面临的新挑战,提出分析和解决电力电子化驱动下电力系统控制和保护问题的技术路线图,结合电网运行实践提出基础理论和关键技术创新的主要需求,为相关管理部门、研发机构和研发人员提供参考。     

电力电子与电力系统集成专辑主编评述

随着可再生能源、直流输电和微网等领域快速发展,电力电子与电力系统之间集成日益提升,由此引发的变流器与电网之间以及变流器之间相互作用给变流器控制、多变流器间协调控制、变流器系统建模分析以及变流器系统稳定运行等带来诸多挑战,近年来得到学术界及工业界关注。为了集中展现本领域最新研究进展,《电源学报》特别推出"电力电子与电力系统集成"专辑,以期推进电力电子与电力系统集成中难点和热点问题的探讨。     

考虑风–光–光热联合直流外送的源–网–荷多时段优化调度方法

为解决西北地区大规模风光并网下电力系统的新能源弃电问题,提出一种考虑风–光–光热联合直流外送的源网荷多时段协调优化方法。首先,对源网荷三侧具备的调峰能力及其互补特性进行分析,充分利用源侧光热电站、网侧特高压直流联络线以及柔性负荷的灵活调节能力,提高风光资源利用率。其次,针对新能源、负荷预测精度日前–日内逐步提高的特点,结合源网荷三侧各类调峰资源具有不同响应速度的特性,并以系统综合运行成本最低为目标,构建源网荷日前–日内两阶段多时段优化调度方法;最后,以西北某省电网2025规划构造的算例仿真验证了该调度方法能够有效促进高比例新能源电网的风光消纳,降低系统运行成本。     

特约主编寄语

<正>随着风电、光伏、柔直、储能等电力装备的广泛应用,新型电力系统呈现源网荷储电力电子化发展态势,系统动力学特性及暂态稳定物理机理发生了根本变化。新型电力系统要求并网变流器逐步承担起同步发电机的任务,应从“被动适应”转变到“主动支撑和自主运行”,从而进一步保障电力系统的频率稳定性、电压稳定性和同步稳定性。电力电子化新型电力系统主动支撑技术已成为国内外学者关注的热点问题。     

电力电子主导的交直流混联电网振荡分析与评估EI北大核心CSCD

电力电子变流器主导的交直流混联电网极易产生各类振荡问题,为了对其进行有效的抑制和预防,需对系统进行全面的振荡分析与评估。对此,频域模态分析法(frequencydomain modal analysis,FMA)作为振荡诊断的有效工具,已成功应用于电力电子变流器主导的交流电网中。然而,FMA在对交直流混联电网振荡的评估中存在一定局限,即无法准确刻画广域/局域振荡特性。为此,该文结合FMA和对角占优理论,提出一种面向交直流混联电网的振荡分析与评估方法,能够准确反映广域/局域振荡特性,并获取振荡源、振荡传播以及振荡阻断等信息。首先,揭示交直流系统特有的局域振荡现象及其形成机理。其次,建立振荡评估指标体系,包括谐振模式指标、节点/支路/回路振荡指标和广域–局域振荡指标。最后,在MATLAB/Simulink平台上搭建一个风电场经多端柔直送出的测试系统,通过仿真分析验证上述振荡评估方法的有效性,所得振荡相关信息能够指导系统镇定方案的制定。     

特约主编寄语

<正>大力发展新能源是实现国家“双碳”战略目标的必由之路。随着新能源和电力电子装备渗透率的不断提高,电力系统的源/网/荷侧电力电子化程度日益加深。新型电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,故障场景下系统频率失稳风险显著增大。新型电力系统频率响应相对传统电网呈现三个新特性。首先,其运行方式随机多变,惯量具有时变和空间分布差异特性导致了惯量时空分布差异化,频率响应精确建模难;其次,大量异质化的源/网/荷/储调频资源的引入导致频率动态稳定机理复杂,频率稳定分析难;最后,多元可控资源参与调频急剧增加了控制决策的维度和复杂度,频率稳定控制难。这些新特性给新型电力系统频率稳定分析和控制带来挑战。     

基于动态阻抗的源–网–荷耦合特性分析方法

基于非线性动态系统理论,定义了电力系统节点动态阻抗矩阵及节点被动波动、节点主动波动和网络波动3个指标,进而提出了一种基于动态阻抗的源–网–荷耦合特性分析方法,可定量研究电力系统中源–网–荷各组成部分之间的动态耦合关系及其变化规律和主导影响因素。节点被动波动指标揭示了某节点或区域易受其他节点或区域影响的程度,节点主动波动指标描述了某节点或区域易对其他节点或区域产生影响的程度,两者综合反映了节点或区域与整个网络间的电气耦合联系,分别体现了自稳性和致稳性,并与整个系统的潮流分布和源–网–荷的电气耦合联系特性息息相关。通过IEEE39节点和某省电网实际系统仿真检验了该文方法的正确性和指标的有效性。     

“高比例可再生能源并网”专栏征稿启事

<正>大力发展可再生能源,实现能源生产的清洁化转型,是能源可持续发展的重要途径。近十年来,我国可再生能源发展迅猛,目前已经成为世界上风电和光伏装机容量最大的国家。2030—2050年,我国可再生能源的发电量占比达30%以上,"高比例可再生能源并网"将成为未来电力系统的重要特征。由此必须研究高比例可再生能源并网对电力系统形态演化的影响机理、源-荷强不确定性约束下输配电网规划、源-网-荷高度电力电子化条件下电力系统多时间尺度耦合的稳定机理、交直流混联电网的优化运行等一系列问题。     

面向园区微网的“源–网–荷–储”一体化运营模式

园区微网是多能互补、能源互联网等能源新业态的重要落地点。但是目前我国微网运营缺乏成熟的运营模式和合理的投资回报途径。立足于我国新一轮电力体制改革和能源互联网的背景,分析微网的概念特征以及在能源系统演化发展趋势中地位,提出微网运营主体一体化和投资主体多元化的模式框架,从"源–网–荷–储"优化控制运行、微平衡市场交易、内外两级购售电、网对网辅助服务、内外两级需求侧响应、新型备用容量机制建立面向园区微网的"源–网–荷–储"一体化运营模式,提出传统运营模式和一体化运营模式下微网经济性分析方法,通过算例分析验证一体化运营模式能够增加微网收益来源,保障微网合理的投资回报,将极大促进园区微网的健康和可持续发展。     

微电网并离网技术

<正>(1)控制方法直流微电网包含分布式发电(Distributed Generation,DG)、电力电子变流器DC/AC、储能装置和负荷。直流微电网通过DC/AC变流器接入到交流电网,运行于并网模式,直流母线电压由DC/AC变流器稳定控制;当DC/AC变流器出现故障退出或者发生交流电网故障时,直流微电网运     

功率同步控制的构网型变流器多机交互分析与稳定控制研究综述

构网型变流器由于其具有同步电压源运行特性，在新能源直流送出、弱电网并网、微电网组网等场景中得到广泛关注。功率同步控制是构网型变流器的典型同步方式之一。然而，由于电力电子功率变换非线性和多环控制特性，功率同步控制作用下的构网型变流器多机交互作用及其引发的稳定问题不可忽视。该文对功率同步控制的构网型变流器多机交互分析和稳定控制两方面技术进行梳理和总结。首先，将构网型变流器多机系统稳定问题表征划分为有功功率振荡和暂态同步失稳，分别综述了所对应的模型和分析方法；其次，针对以上两类稳定问题，从机组控制和系统控制两个层面梳理了现有致稳控制技术；最后，总结了现有研究的主要结果和局限性，并对未来研究方向进行展望。     

双碳目标下源–网–荷多层评价体系研究

双碳目标下,为促进电力行业能源升级、节能减排,需对电源、电网、用电环节低碳化发展水平进行综合分析,建立源–网–荷多层评价体系。首先,建立源–网–荷多层关键指标体系,电源侧主要考虑现有火电升级改造及新能源发展利用情况,电网侧主要考虑装备水平及运行水平,负荷侧主要考虑电能替代推广情况。其次,以主客观权重偏差平方和最小为前提,利用层次分析(analytic hierarchy process,AHP)–熵权法确定指标综合权重,AHP法基于专家经验,熵权法基于历史数据和双碳目标值。然后,结合双碳目标及指标平均水平,构造指标隶属度函数。最后,应用于中部城市电力系统,验证该模型的有效性。     

源网荷储多元协同调度体系研究与实践

当前,"碳达峰、碳中和"是我国重要的战略目标,建立以新能源为主体的新型电力系统是实现"双碳"战略的重要手段。为适应新型电力系统的发展需求,提出一种源网荷储多元协同调度体系,通过建立适应电源侧、电网侧、负荷侧各类资源参与的电力市场机制和多类资源协作互动调控平台,有效提升了源网荷储间的协调能力和清洁能源的消纳水平。最后,经山东电网多地市源网荷储协调互动试验及试点应用,验证了所提出多元协同调度体系的有效性。     

构网型变流器稳定性研究综述EI北大核心CSCD

相比目前常用的跟网型变流器,构网型变流器具有同步电压源特性,可以有效提升电力电子化的新型电力系统的稳定性,因而近年来受到了广泛的关注。为了给构网型变流器大规模工程应用提供理论基础支撑,需要在不同电网强度,不同电网扰动形式下对构网型变流器进行完整的稳定性分析。该文拟从稳态工作点的存在性,小信号稳定和大信号稳定3个层面,对现有构网型变流器稳定性分析成果进行系统的梳理和总结。在此基础上进一步归纳提升构网型变流器稳定性的控制方法。最后,总结数个关于构网型变流器稳定性分析和控制的研究方向,为进一步深入研究提供参考。     

特约主编寄语

<正>随着智能电网中新能源发电、直流输电技术等的逐步推广应用,电力电子技术在电力系统的“源”、“网”、“荷”三个层面中的应用日益广泛,使得电网具备了显著的电力电子化特征,由此导致智能电网的电能质量问题展现出一些新的现象和规律。首先,全控型电力电子器件的广泛使用使电网的谐波频带范围增加,导致在高压输电网络和微电网中谐波谐     

特约主编寄语

建设新型电力系统、加速新能源的利用消纳，是推进电力能源革命和构建清洁低碳、安全高效能源体系的重大举措，也是保障我国能源安全的必然选择。随着新型电力系统建设的日益推进，高电压、大容量的传统电力装备被广泛应用于新型电力系统源、网、荷、储等多个环节中；与此同时，以高功率密度电力电子装备、大容量直流气体绝缘设备等为代表的新型电力装备被大量投入使用，其可能出现的电、热失控给电网运行带来巨大的安全隐患。     

面向新型电力系统源网荷储协同的电力平衡方法

在 “双碳目标”的背景下,提出了构建以新能源为主体的新型电力系统.而新能源快速发展和新型用能设 备广泛接入,对传统配电网规划提出了挑战.源网荷储协同的电力平衡是新型电力系统规划的核心,新型平衡资源考虑得越多,电网越经济,但风险也越大,反之亦然,因此需要对平衡进行折中和优化.以负荷预测为基础,综合考虑源网荷储等各方面灵活资源,通过叠加电能替代负荷、常规负荷、新能源出力、用户侧主动削峰填谷、电网侧调峰、 基于激励的需求响应、政府主导有序用电等,得到总负荷曲线、净负荷曲线、自然削峰后曲线、电网侧调峰曲线、平衡曲线与电力需求,创新性地提出了一种面向新型电力系统源网荷储协同的电力平衡方法和流程,助力新型电力系统 建设.     

交直流混合智能型微电网

正交直流混合智能型微电网充分运用基于电力电子变压器的交直流混合分布式可再生能源技术,以光伏、风电等多种绿色能源为基础,以"多端口变流器"为核心,利用能源管理系统,精确协调控制发电、储能和用电,灵活调配各用户连接方式,实现"源-网-荷-储"协调控制和经济运行。     

变流器并网系统振荡与原–对偶复电路分析

基于广义阻抗的分析方法可将变流器并网系统的振荡问题转化为变流器与电网广义阻抗间的串并联谐振问题,并可有效处理变流器和电网阻抗矩阵难以同时对角化解耦的难题,但仍然存在物理意义不明的缺陷。为了更深入地阐明振荡机理、解释广义阻抗的物理意义,该文提出了变流器并网系统的等效原–对偶复电路。首先,从极坐标形式的阻抗矩阵和雅克比传递函数矩阵角度,分别推导了变流器系统的广义导纳。其次,提出复空间中的原–对偶分量概念,实现了系统中耦合频率振荡量的统一描述。最后,基于特征方程推导了系统的等价原–对偶复电路,不仅可用于反映系统中原–对偶分量的耦合关系,也可用于分析系统的小干扰稳定性。给出了等效原–对偶复电路与实际系统阻抗之间的联系,说明系统振荡等价于等效原–对偶复电路发生串并联谐振,并通过仿真验证了等效原–对偶复电路的合理性。