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跟网型和构网型新能源并网控制阻抗对比与振荡机理分析

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中国电机工程学报 2024年

作者：雷雨李光辉王伟胜何国庆郭梓暄可再生能源并网全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

“双碳”战略下，以电力电子变换器为并网接口的风电、光伏等新能源发展迅速。跟网型（grid-following，GFL）和构网型（grid-forming，GFM）作为电力电子变换器的两种控制方式，其并网宽频振荡问题引起了广泛关注。现有研究基于阻抗模... 详细信息

“双碳”战略下，以电力电子变换器为并网接口的风电、光伏等新能源发展迅速。跟网型（grid-following，GFL）和构网型（grid-forming，GFM）作为电力电子变换器的两种控制方式，其并网宽频振荡问题引起了广泛关注。现有研究基于阻抗模型和Nyquist稳定判据对比了GFM和GFL阻抗特性差异与振荡风险。由于GFM和GFL具有多控制回路，且二者在不同频段阻抗特性差异来源和主导因素仍未明确，特别是同步环节在其中的角色和作用亟需深入研究。此外，GFM并网实现GFL并网宽频振荡抑制的作用机理仍有待分析。本文首先对GFL和GFM不同频段阻抗特性进行了对比，定量分析了同步环节在阻抗特性中的角色和作用，揭示了决定二者不同频段阻抗特性差异的主导因素；然后，建立了GFL和GFM并网的三端口稳定性判据，分析了GFM并网实现GFL并网宽频振荡抑制的作用机理。最后，基于控制硬件在环仿真平台，开展了GFL和GFM并网实验，验证了本文分析的正确性。

关键词：新能源跟网型构网型同步环节阻抗特性宽频振荡

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新型电力系统稳定器研究初探

电力系统自动化 2024年

作者：谢小荣李浩志张丹王晰清华大学电机工程与应用电子技术系新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学)

新型电力系统中“机-电-磁-控”多时间尺度相互作用会引发频率从数赫兹到数千赫兹的宽频振荡，正成为制约其发展的关键稳定性问题和重大技术挑战。文中首先回顾了针对同步机动态主导之低频振荡的电力系统稳定器技术，归纳了宽频振荡抑... 详细信息

新型电力系统中“机-电-磁-控”多时间尺度相互作用会引发频率从数赫兹到数千赫兹的宽频振荡，正成为制约其发展的关键稳定性问题和重大技术挑战。文中首先回顾了针对同步机动态主导之低频振荡的电力系统稳定器技术，归纳了宽频振荡抑制的已有方法和面临难题；然后提出了针对宽频振荡抑制的新型电力系统稳定器的基本原理，设计了“即测-即辨-即控”的控制结构；继而分析了新型电力系统稳定器的关键技术难点，展望了未来研究方向和解决问题的基本思路；最后，给出了针对双馈风电机组-串补交流系统场景而设计的新型电力系统稳定器样机及其硬件在环测试结果，表明所提出的新型电力系统稳定器概念、理论和方法具有可行性。

关键词：电力系统稳定器宽频振荡低频振荡稳定控制

海上风电直流汇集系统阻抗建模及振荡特性分析

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电网技术 2024年

作者：李彧野王伟胜何国庆可再生能源并网全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

海上风电直流汇集方式具有可避免交流电缆无功充电和过电压问题等优势，是未来主要发展方向之一。与柔性直流(modular multilevel converter based high voltage dc current， MMC-HVDC)不同，其通过直流变压器(DC transformer， DCT) ... 详细信息

海上风电直流汇集方式具有可避免交流电缆无功充电和过电压问题等优势，是未来主要发展方向之一。与柔性直流(modular multilevel converter based high voltage dc current， MMC-HVDC)不同，其通过直流变压器(DC transformer， DCT) 低、高压端口实现海上风电发电侧与岸上MMC送出侧互联，系统的宽频振荡风险尚不明确，亟需开展阻抗建模及振荡特性分析。本文首先分别建立了计及岸上MMC对汇集端口耦合与海上风电对送出端口耦合的海上风电汇集系统阻抗模型；然后定量刻画了汇集和送出端口的小信号耦合通路，揭示了端口负阻尼特性主导影响因素，并分析了振荡风险；最后，基于matlab/Simulink构建海上风电直流汇集系统电磁暂态仿真平台，仿真实验验证了汇集和送出端口振荡分析的准确性，发现耦合特性将影响海上风电直流汇集送出系统振荡分析结果。

关键词：海上风电直流变压器宽频振荡阻抗建模振荡分析

基于电压矩阵的跟网变流器无锁相环控制的本质特征与提升策略

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电力系统自动化 2024年

作者：吴超赵统王尽颢王勇上海交通大学电子信息与电气工程学院

弱电网下跟网变流器由于锁相环引起的负阻特性容易造成振荡现象，针对锁相环的提升策略已有较多研究，其中，基于电压矩阵的同步控制策略因其不存在锁相环受到广泛关注，但关于其稳定性缺乏严格的理论证明。文中分析表明基于电压矩阵的... 详细信息

弱电网下跟网变流器由于锁相环引起的负阻特性容易造成振荡现象，针对锁相环的提升策略已有较多研究，其中，基于电压矩阵的同步控制策略因其不存在锁相环受到广泛关注，但关于其稳定性缺乏严格的理论证明。文中分析表明基于电压矩阵的无锁相环控制策略本质上是基于并网点电压反正切计算的开环定向方式，虽然去除锁相环但不能提高稳定性。因为该策略并没有降低电压扰动给电流控制带来的负阻特性，所以如何降低并网点电压扰动对于电流控制的影响是提升弱电网下跟网变流器稳定性的关键。因此，提出自适应二阶带通滤波器来降低同步环节的带宽，从而提升跟网变流器在弱电网下的稳定性。最后，通过阻抗模型和实验结果验证了理论分析的正确性和所提策略的有效性。

关键词：并网变流器小干扰稳定宽频振荡无锁相环电压矩阵阻抗模型

柔性直流输电系统多端异构通用化阻抗建模与分析

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中国电力 2024年

作者：周国梁高丽萍梁言桥李文津王鑫中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司可再生能源并网全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流（MMC-MTDC）输电能够实现广域资源优化互补、大规模新能源可靠接入与高效消纳。新能源、MMC-MTDC以及交流电网之间宽频振荡风险凸出，严重制约MMC-MTDC安全稳定运行和新能源高效消纳。MMC-MTDC各... 详细信息

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流（MMC-MTDC）输电能够实现广域资源优化互补、大规模新能源可靠接入与高效消纳。新能源、MMC-MTDC以及交流电网之间宽频振荡风险凸出，严重制约MMC-MTDC安全稳定运行和新能源高效消纳。MMC-MTDC各换流站呈现定交流电压、定直流电压、定功率等异构化控制方式，多端换流站之间又存在强非线性耦合，给系统振荡建模与分析带来挑战。为此，本文首先提出计及正负序控制的MMC-MTDC控制系统模块化建模方法。然后，针对复杂交直流网架结构，建立计及多端非线性耦合的MMC-MTDC不同断面通用化阻抗模型。最后，以三端MMC-MTDC环网为例，仿真验证通用化阻抗建模的准确性和有效性，并分析多端互联系统及正负序控制对阻抗特性的耦合影响，为新能源基地经MMC-MTDC互联系统振荡分析提供基础。

关键词： MMC-MTDC 通用化阻抗模型宽频振荡正负序控制多端耦合

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基于线性补偿的宽频相量测量方法及其测试

可再生能源 2024年第4期42卷 506-512页

作者：易善军李原马宁嘉李华伟苏鹏戴幸涛谢小荣国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古呼和浩特010010 清华大学电机系北京100084

随着可再生能源发电和电网中电力电子设备的占比不断提高,电力系统的宽频振荡已成为制约可再生能源消纳的重要因素。为抑制高比例可再生能源电力系统的宽频振荡与满足保护需求,文章提出了一种宽频相量的测量方法,并研制了相应的装置。首... 详细信息

随着可再生能源发电和电网中电力电子设备的占比不断提高,电力系统的宽频振荡已成为制约可再生能源消纳的重要因素。为抑制高比例可再生能源电力系统的宽频振荡与满足保护需求,文章提出了一种宽频相量的测量方法,并研制了相应的装置。首先,该装置基于加窗的离散傅里叶变换算法和三峰插值算法,实现多路多模态电压、电流的宽频相量测量;然后,基于线性回归的方法补偿了高频振荡相量的幅值和相位测量结果,在保障动态响应速度的同时,有效提高了装置的测量精度;最后,基于测试仪和实时数字仿真平台测试验证了所研制装置的宽频相量测量性能,为保障新型电力系统安全稳定运行及可再生能源消纳提供了数据支撑。

关键词：宽频振荡可再生能源消纳线性回归相量补偿

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基于变分模态分解的宽频信号估计算法

电网技术 2024年

作者：符玲郭颖李红艳熊思宇李小鹏国网四川省电力公司成都供电公司国网四川省电力公司电力科学研究院西南交通大学电气工程学院

随着新能源并网的发展，电网宽频振荡频发，且具有频率范围宽、模态分量多等特点。而现有的宽频信号估计方法由于存在忽略各基波动态变化、未能很好降低分量间的相互干扰等情况而无法提供准确的宽频振荡相关参数信息。因此，本文提出一... 详细信息

随着新能源并网的发展，电网宽频振荡频发，且具有频率范围宽、模态分量多等特点。而现有的宽频信号估计方法由于存在忽略各基波动态变化、未能很好降低分量间的相互干扰等情况而无法提供准确的宽频振荡相关参数信息。因此，本文提出一种考虑基波动态、降低相互干扰的宽频信号估计方法，以实现信号参数的高精度辨识，为宽频振荡分析、扰动溯源定位等应用提供数据支撑。首先，利用变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)提取宽频信号中多种模态分量的波形信息，以及对应的中心频率；其次，考虑到实际电力系统中基波频率的动态变化，利用DFT跟踪基波分量的实际频率，并以此修正基波中心频率；最后，将中心频率、模态分量波形等信息带入动态相量模型，实现宽频信号参数估计。在频率线性变化、频率动态调制、噪声等工况下验证算法性能，仿真结果表明，所提算法能更准确地获取宽频信号的参数信息，保持总相量误差(total vector error，TVE)低于3%。

关键词：宽频振荡参数估计变分模态分解(VMD) 基波动态

基于谐振分流的单相串联型大功率阻抗测量装置

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电源学报 2024年

作者：张春林马俊鹏王顺亮刘天琪四川大学电气工程学院

串联型阻抗测量装置（series impedance measurement device，SIMD）通过注入电压扰动测量新能源并网逆变器的阻抗。然而，待测逆变器的额定基波电流会流过SIMD，限制其开关频率。为此，本文提出了基于谐振分流的串联型阻抗测量装置，... 详细信息

串联型阻抗测量装置（series impedance measurement device，SIMD）通过注入电压扰动测量新能源并网逆变器的阻抗。然而，待测逆变器的额定基波电流会流过SIMD，限制其开关频率。为此，本文提出了基于谐振分流的串联型阻抗测量装置，所提拓扑结构及控制策略在保证5Hz-1kHz范围内阻抗测量精度的基础上，实现了基波电流基本不流过SIMD，使SMID只承受很小的扰动电流的目标。同时，采用基于单相电压扰动注入的阻抗测量方法，实现三相逆变器阻抗测量，提高了装置能量密度及测量效率。最后，通过半实物实验验证了所提拓扑及其控制策略的有效性。

关键词：宽频振荡阻抗测量装置单相扰动电压注入谐振分流

弱电网条件下并网逆变器阻抗模型的建立方法综述

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综合智慧能源 2024年第6期46卷 88-101页

作者：卓超然辛杰洪涵卓安邦李宁西安理工大学电气工程学院西安710048

阻抗分析法已经成为研究并网逆变器与电网交互系统稳定性的重要手段,为深入研究该问题,回顾了并网逆变器的2种控制模式,其次分析了阻抗建模对于电力系统的稳定性及抑制宽频振荡的重要意义,为解决新型电力系统宽频稳定问题提供理论基础,... 详细信息

阻抗分析法已经成为研究并网逆变器与电网交互系统稳定性的重要手段,为深入研究该问题,回顾了并网逆变器的2种控制模式,其次分析了阻抗建模对于电力系统的稳定性及抑制宽频振荡的重要意义,为解决新型电力系统宽频稳定问题提供理论基础,并详细讨论了dq线性化、谐波线性化的阻抗建模的分析方法以及基于神经网络的并网逆变器阻抗模型辨识方法。通过对比以上方法的应用特点,为实际应用中建模方法提供了理论依据;总结了现有电力电子化系统并网逆变器阻抗建模的优势、挑战,并对其未来研究方向进行了展望,对提高交互系统的稳定性提供了参考指导。

关键词：并网逆变器阻抗建模宽频振荡弱电网稳定性分析

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