通过VSC互连的光伏电站控制以改善电力系统中的功率振荡

通过VSC互连的光伏电站控制，以改善电力系统中的功率振

荡

抽象

本文提出了一种应用于光伏（PV）电站的用于提高电力系统动态性能的综合方法。所提出的方法基于初级频率控制，该控制将

辅助信号添加到电年源转换器（VSC＞的直流母线的电压基准中，以战少功率振荡。该辅助信号通过关联存储在直流母线VSC

中的能址和存:储在同步电机轴中的能量来计嵬.此外，该方法还考虑了VSC的工作限制，VSC优先考虑有功功率而不是无功功

率。此外,VSC控制通过互连和阻记分配无源性控制（IDA-PBO以及与传统PI控制进行比校来评估。IDA-PBC用于设计一

个Lyapunov渐近稳定控制器，该把制器使用VSC开环模型的哈密顿结构性质。采用考虑光伏电站的12路测试系统，将所提

出的IDAFBC控制与经典的比例机分控制方法进行比较。在捌试电力系统中牝伏渗透率分别为10%、30%、50%和80%的4

种场景和4种大扰动，分析了所提方法的影响。此外,还分析了同步电机的惯性从100%降低到25%的情况.时域仿真结果表

明，与未实施的方法相比，频率振荡分别降低了16.8%、38.43%、37.53%和76.94%。仿真是使用MATLAB/Simulink软件的

SimPowerSystems工具箱进行的，

关键在:功率振荡;初级频率控制;光伏电站;减少惯性

1.引言

电力系统已经从基于传统发电技术的传统电网（包括水力和热力（燃煤和天然气发电厂等）发电）发展到分布式能源:DER）

高度渗透的系统［1］,DER的主要类里是风力发电和太阳的光伏（PV）发电,电网结构的这种转变主要是由于全球对全球变暧危

险影响的日益关注，2015年在巴黎签界的气候变化协议证明了这•点［2］.该协议的目的是减少主要由电气和运输系统排放到大

气中的数仃万吨污染物气体引起的温室效应［3］,将DER集成到电气系统中可以帮助减少温室气体搭放，因为化石燃料可以被可

再生能源发电取代［4卜

DER系统的主要缺点是一次能源（太阳辐射或风速）的高可变性，此外还从其功率流模式及其稳定和动态状态网中修改

了电力系统的分析。

光伏电站本质上是无惯性的，可以在大干扰期间产生长时间的功率振荡，这些振荡具有低频率，是互连电力系统的特征。

当电力系统的惯性减小时，振荡增加，就像可再生能源资源高渗透率的能源系统一样［5］。此外，这些振荡会导致电力系统完全

停电.这是非常不可取的［6］,•些研究还表明,当PV穿透率高于20%时，较大的扰动会在负我角中产生振荡［6卜在其他情况

下，已经确定PV穿透会引起负明尼［7〉

目前的文献中很少有研究侧里于研究光伏电站对电力系统稔定性的影响，本研究探讨了电力系统中功率振荡阻尼（POD）

的增强问题，同时不限制电压源转换器（VSC）的动力学以充当虚拟同步发电机.这是基于一次频率和电压控制，因此，它涉

及在故障事件卜使用光伏电站作为动态补偿湍。此外，本研究还试图利用VSC的哈密顿开环结构及其自然能量模里。因此，它

旨在设计一个基丁Lyapunov理论的渐近稳定控制器网“最能利用VSC动态结构的驱动因素之一是基于无源性控制（PBC）的

方法。

一些研究调查了可再生资源高渗透率的电力系统的瞬态稳定性.在［9肝,作者研究了风力发电的高湾透性对电力系统动

力学的影响及其对频率调节的贡献。参考文献110］研究了在基于储能系统的隔离电力系统中补偿DER低惯性的方法。在［11］中，

作者分析了加拿大电力系统在不同DER渗透水平下的稳定性。参芍文献［12］研究了欧洲的频率稳定性问题，［13］将风力发电建

模为STATCOM.在电网故障期间先供无功功率而不影响稳定性“虽然这些方法符合电力系统的标准，但它们并不专注于实现

与网络的和谐交互。

同时，其他作者专注于DER控制器，以提高电力系统的稳定性。例如，在［14］中，作者专注于由风力跳闸引起的欠领事

件。他们确定核率偏移深度受在线生成的惯性响应的影响。在［15］中,分析了•种提高具有高DER穿透率的电力系统短率稳定

性的方法.在［16］中，作者提出了一种降压调制控制方法，以使大型太阳能光伏电站能够抑制机电振荡。该方法基于有功功率调

制，不像其他方法那样需要限流。在［17］中，线性神经网络用于提出自适应控刎，以减少风力发电系统中的功率振荡。该控制在

基于双馈感应发电机的风力涡轮机转子侧变流器中注入补充控制信号.在［18］中，使用相信测量单元（PMU）数据执行广域阻

尼控制以稳定区域间振荡。参考文献［19］采用粒子群优化（PSO）来调整电力系统稳定器（PSS）参数，以增强电力系统的瞬态

稳定性。然而，［18.19］没仃考虑可再生资源在电力系统中的渗透。因此,在幺种情况下，无法分析其提案的效果。

一些研究已经使用不同类型的设备来改善电力系统中的功率振荡。最格.见的器件包括FACTS［20,21］、岸态VAR补偿

泌（SVC）［22］和STATCCM［2司、［20］中提出了种结仆巨定理论和名目标粒广群优化的密类技术.巨的是优化放置受控

串联电容器（TCSC）,此分配目标是增强电力系统的瞬态稳定性.为了提右哲态稳定性，［21］分析了统一潮流控制器、静态同

步申联补偿器和SVC的实现。在［22］中，SVC被用于在瞬态稳定事件下稳定电力系统，并且［23］描述了结合遗传和PSO算法来

优化风•光伏•热捆绑电力系统中的STATCOMFOD.

其他研究在将VSC建模为虚以同步发电机的同时，分析了具有高水平DER渗透率的配电系统，例如微电网或智能电网［24,

25,26］,在［27,28］中分析了DER对输电电力系统的影响和影响.在这些研浣中，光伏系统被建模为虚拟同步发电机。［29］

提出了一种基于LQR的电力系统自适应虚拟同步电机。在［30）中，作者确定了电力系统中最脆弱的部分，同时考虑了转换器的

高渗透率。在这些研究中，DER系班被建模为虚拟同步发电机。然而,这•概念没1考虑这些设备固仃的低惯性，并11不太可

能对电网产生预期的效果。

重耍的是要理峋，以前的许多研究都没有考虑光伏能源的法透率，而那些包含光伏能源的胡泥在光伏法透率低于50%的

情况下工作.此外，这些研究没有分析同步电机惯性的降低及其对电力系统稳定性的影响.

本研究提出了一种在光伏普及率较高的电力系统中改进POD的方法。这种方法包括通过光伏电站向电力系统注入惯性，

这就是实现•次频率和电压控制概念的原因。这些控制不会强制光伏电站中的VSC充当虚拟同步发电机。所提出的方法与初级

频率控制一起工作，其中辅助信号被添加到VSC的直流链路的参考电压中以抑制功率振荡。这种方法是通过将存储在电容器中

的能用与存储在同步电机轴中的能殳相等而开发的。此外，该方法考虑了VSC的工作极限，因此在考虑无功功率之前考虑有功

功率”它还在初级频率控制中包括一个死区，以泄除频率信号中的噪声，以减少VSC的操作次数［31］.

对所提出的方法进行了评估，并与两个控制㈱进行了比较。第一种是常规的PI控制涔，它是VSC中最常用的控制器。第

二种是基「互连和阻尼分配无源性的控制（IDA-PBC）,IDA-PBC适用丁•管理光伏电站，因为VSC在开环中保持被动，并呈

现出端U-哈密顿结构，IDA-PBC利用这些特性米设计闭环控制篇，从而保留了无源特性，并保证了Lyapunov愈又上的稳定

运行。控制器增益使用一种称为交互式教学-学习优化器的元启发式技术进行调谐，如［32］所示。在渗透率分别为10%,30%、

50%和80%的4种情景中分析了所提方法的影响。此外，还分析了同步电机的惯性从100%降低到25%的情况。

本文件组织如下:第2节解释拟议的方法;第3部分介绍了光伏电站的动力学模型;第4节介绍了控制器的拟议控制和设计;

第5节描述了测试系统和隹议的场景;以下第6节分析了主要结果;第7节介绍了该研究的结论，概述了未来的研究，并提供了参

考清单。

第2章建议的方法

所提出的在具有高PV穿透率的电力系统中改进POD的方法法于一次频率和电压控制。该方法解决了光伏电站的VSC问

题。在这里，参考值是使用上述概念确定的.因此,VSC不被限制为虚拟同步发电机。初级顼率控制用于补偿POD.从而将

反饿信号添加到Vtrdc（注意.★表示所需的参考值）的直流母线，以增强系统阳尼。此外,所提出的方法通过利用直流电压

和角频率之间的关系为交流系统提供频率支持.为了提供振荡阻尼和频率支持，光伏系统可以通过调节电流参考电压来调节输

出功率。摆动方程将交流电网的不平衡功率（导致频率偏差）关联如下［33卜

2.MAu）dt=P^-Pe-Dp（cu-cJ*）,

⑴

哪里CO是用速度转子，并且CO”是它的设定值，而Ato是角速度转子的偏差。M是惯性矩，PM是机械动力，Pe是电力,

以及Dp是一个阻尼因素。

之间的不匹配PM和Pe由上电机中变化的负载需求或卜扰引起的转子转速可转会改变转子转速。存储在转子中的动能

可以部分抵消不平衡功率。

同样，VSC直流母线中存储的能设速率部分补偿了不平衡功率，这可以通过以下等式［34］来解释：

Cvdcdvdcdt-Pdc-PVSC,

(2)

哪里是直流母线电压，Pdc是光伏电池产生的功率，PVSC是VSC输送到电力系统的功率，C是直流母线电容.，

从图1可以看出，通过将同步电机的轴能与电容器能量等同起来，可以获得角频率和直流电压之间的关系，如卜.所示：

ZbAdujdt-Cvdcdvdcdt.

⑶

SynchronousgeneratorDC-linkcapacitor

EnergyE=；Miv2Energy£=第喙

图1.同步发电机和直流母战电容踹的能国之向的类比。

通过对等式(3)的两边进行积分并对其进行线性化，可以获得以下结果:

△vdc=2MCv*dcAco=KwZko,

哪里K”是初级频率增益。

与初级频率增益相对应的所捱方法的局限性Keo,这是因为其值直接取决于所需的虚拟惯性和直流埴路的电容器尺寸。0

此，不可能在不影响直流母线电容素尺寸的情况下分配任意初级增益.

值得一提的是定义为五流母线的标称电压与频率信号之间的误差之和CU和参考值（CO*）乘以正增益（KUJ）.

此外，考虑使用死区来谑除频率信号中的噪声，从而减少VSC操作的次数.这增加了设备的使用寿命［31］。所提出的方法如图

2所示。

PrimaryfrequencycontrolPrimaryvoltagecontrol

图2.VSC的参考值。

初级电压控制有助于调节所连接光伏系统的电压。这包括控制VSC的消耗/输送的无功功率q这里q*定义为所需的无

功功率加上光伏电站连接点处的电压信号v与其参考值（）q*）乘以正增益（Kv）（请参阅图2）。

同时,所提出的方法还考虑了VSC仃功和无功功率传输的局限性。此限制通常由过流限制器限制。图3描述了仃功功率

优先于无功功率的情况.之所以选择此优先缎.是因为本研究的目标是减少POD此策略限制到最大电流容吊:士而5欧，

并且它限制了使其不超过最大额定电流，其表示如下［31］：

-------------------乂,《：2亨八。乂一

⑸

哪里idq流向VSC的电流，以及i…x是VSC可以支持的最大电流。

图3.优先考虑以。3根据当前限制％略.

应当指出，拟议的方法是地方性的，不需要在系统的其他部分采取任何行动。此外，无需将其操作与其他甚高分频器或现

有电力系统稳定器（PSS）的操作这行协调.这种I准模式是永久性的，取决于所选的死区。假设死区为09005pu,哥伦比亚

电力系统为30mHz.

3.光伏电站

大型光伏电站由数百个光伏阵列组成，通过电源逆变器和开压变压器连装到电力系统。PV阵列通过使用PV效应将太阳

能转换为电子流。然后，该直流电通过电力电子设备转换为电能.VSC采用隹换向开关，可以是栅极关断晶色管（GTO）或绝

绿栅双极晶体管（IGBT）（35］,这些开关可以以受控方式打开或关闭。此外，'/SC通过利用脉宽调制（PWM）技术在高开关频

率下工作。

图4显示了本研究中使用的光伏系统。它仅显示VSC的典型配田.，因为它假设直流母线电流恒定.这一暇设是有效的,

因为对于瞬态稳定性研究，太阳福见被认为是恒定的［27］。因此，不考虑直流母线之前存在的动态。

图4.光伏电站通过VSC的典型互连。

平均值模型已用于瞬态稳定性研究中的VSC动力学,因为它省略了转换器的快速切换口6）.本研究采用了该模型.

VSC的动态模型

VSC的动态模型在dq参考系由［37］给出:

Li'dli'(]Cvdf--RTid-coliq4-\/dr.inAd-vd,=-RTtq4-cuLid^vdr.vv\q-vq,-i<.-id\nAd-iqtnAq,

(6)

就里idq是流向变压器的电流,L和RT分别是它们的电感和电阻效应。这是VSC的调制指数，口q是主电

网中的交流电压，以及3c是直流灯线的电压。C是VSC的宜流母线电容，并且&表示输送到光伏系统的电流，该电流始终

为正血〉。适用于所有光伏电站）。CU表示电网的角频率，该频率与传统的锁相环（PLL）系统相同。

4.IDA-PBC方法

基于互连和阻尼无源性的控制（IDA-PBC）理论是一种鲁棒且在数学上得到充分支持的控制理论，适用于具有哈密顿结构

的非线性系统［38］。通常，IDA-PBC使用系统的开环哈密顿结构来提出一种保密无源特性的闭环结构，以便设计出保证Lyapunov

意义上的操作稳定性的控制器［1卜

4.1.开环结构

用于电力电子转换器的端口•哈密顿(pH)系统的传统结构可以定义如F：

定义1.

平均模型下任何电力电子转换器的端口•哈密顿系统可以表示为［37］：

Dx，=［J(u)-R］x+4>,

(7)

腾里。WRnxn被称为惯性矩性,这是由于它与机械系统模型的相似性。它是肯定的,应以D=DT.J(U)WR八,八对位于

偏斜对称控制矩阵,这意味着』"｝二-JK^ReRcxn是一个正半定矩阵,包含系统的所有耗散效应。©ERc时应于

包含所有外部^入的向量，XRRn表示所有状态变最,以及认RRm是系统的控制输入。请注意,对于欠援动动力系统,

m<F\,

需饕强谡的是.pH系统具有以下特性［39］：

■

它们由两个矩阵组成,其中包含有关状态变心之间互连和系统耗脱尿性的信息。

它们具有开环无流结的,可通过基于无源性的控制理论在闭环设评中使用,

它们通常是非线性数学公式,表示可以从欧拉-拉格朗日方程推导出来的动力系统.

通过将动态系统<7)与VSC的动力学模型进行比较，可以建立以卜数学关系［40)：

D=\\\LOOOLOOOC]II〃(u)」lIO(jJL-^dH(jjU>^v\qi^d^o\\\,R=flIRTOOORTOOOC>\JIAlidiqvdc

/l,0=/M-vd-vqisVI

⑻

4.2.所需的闭环结构

将等式<7)中给出的开环动态系统与公式(8)中给出的参数进行比较,以便使用钝化理论设计控制器［41］,所需的闭环

动力学对应于具有改进的互连和阻尼矩阵的稳定双线性动态系统.电力电子转换器所需动态系统的一般定义可以表示加下［41)：

定义2.

VSC所需的闭环动态系统公式为

PX-=［J*(M)-R*K，

(9)

哪里和R*表示所需的互连矩阵和阻尼矩阵,这跳矩阵显示与开环动态系统相同的特性,四｝它们分别是斜对称和正

华定。另外XT=K-X*哪里X+表示所露的工作点［41］.

在Park参考系下对VSC进行建模的一个重要方面是：X★不依赖r时间.这意味若*

43控制器设计

请注惹，现在可以将开坏动态条统(7)与公式(9)给出的所而即环系统进行比较。这会产生［41］

J*(u)x*=Rx-R*)C-(p.

(10)

视察以下选择作为所需的互连和阻尼矩阵，以获得公式(10)［1］：

J*(u)=J(u),R*=［llR1000R2000R.5］iI.

(11)

求解(10)的前两个方程，得到控制定律和Mq.这样可以产生

kv\d=(v*dc)-l(RL我d+u>L我*勺+尺1(我*〃一我d)+vd),kv\q=(v*dc)-l(RL我q-cuL我*H+D(我★q-我q)+vq).

(12)

从等式(12)中可以观察到控制输入可用于控制电流况它与从光伏电站传输到电力系统的有功功率相关联.同时

可用于控制VSC和电力系统之间的无功功率交换［37］。此外，有功功率与直流电容器的充电状态直接相关.这意味着只有

来自光伏组件的电力才能传输到电力系统，即通过使用电流&.因此，通过求价最后一个方程(12),所需的参考以电流是作

为直流电容器两端所需电压的函数获得的［37］。

/★q-R3(Hdc-vdcy),

(13)

i^q=qirvd.

(14)

4.4.控制器的稳定性测试

在电力电子转换器的设计控制策略中加入IDA-PBC的主要优点是确保Lyapunov意义上的稳定性的可行性。因此，候选

李雅普诺夫函数v(y)可以定义如下：

V(x~)=12x-TPx~.

(15)

请注意，M（X~）＞O欣HX★和M（O）=O.这显然满足了李雅普诺夫稳定性定理的前两个条件［42］

以下是通过取等式（15）的时间导数.替换等式（9）并重新排列几个项来获得的：

v（>r）==x-TPx~=x-T[j*（u）-R*]x~x~u*（u）x~-x~TR*X~="X~TR*）C<O.

（16）

需要强阚的是,等式（16）允许保证应用于VSC的任何IDA-PBC控制器的全局渐近收敛。这方面的详细证据见［37「最

后，图5描述J'所提出的控制方案和所提方法的应用.

图5.提出的控制者和方法方案,

5.测试系统和模拟案例

5.1.测试系统

图6描述了具有不同光伏电站穿透水平的12总线测试系统。该测试系院是在［27］中提出的，它用「证明所提出方法的有

效性。测试系统有四台同步发电机，六台双绕组变压罂，六个负载和八条输电线路。同步发电机配有AVR、PSS和涡轮调速

器。测试系统的所有参数都在［43］中提供.每个光伏电站都采用表1中列出的参数.此外，对所提出的方法进行了评估,并与两

个控制器（例如传统的PI控制器和IDAFBC方法）进行了比较。所有参数均如表1所示。

R36

1360

MVA

Bui

PVII4U7

aIxwl4。Ti

3X»MV/Kr

I

22

WMVAr

Uxd2<GDI©G40MVAg

7»MVA

PV3厂布PV5WXIPV6

PV24>

1MlI。

HwA­

+W

Hz

1to%PV

IPVilM>MVAr

]WtPVEO

1«»%PV

图6.具有不同穿透力水平的光伏电咕12路测试系统。

表1.数据和参数值.

他得一提的是，控制器增益是使用一种称为交互式教学优化器的元启发式技术进行调整的，如［32］所示。

模拟案例

为了证明所提出方法的有效性，考虑了以下仿真案例:

第一种情况:假设发电机4突然断开。

第二种情况:考虑总线8上的短路140ms

第三种情况:考虑在线路L-2中间的三相接地的永久短路.还假设煤护系统以140ms的速度运行.

第四种情况：（相当于负载5）被认为在总畿5处突然连接。

为了分析光伏电站对电力系统的影响，还考虑了四种不同灌透水平的场找“在考虑的场景中，光伏电站港透水平逐渐提高.

以说明电力系统的演变。渗透水平利光伏电站的数量及其位置如图6所示。

情景1：考虑三个渗透率为10%的光伏电站。这些代表了当前采用可再生能源的电力系统。

*

*

场兔2：在此场屏中假设有五个濠透率为30%的光伏电站。这些代友了短期内包含可再生能源的最终电力系统。

*

情景3：考虑9个渗透率为50%的光伏电站.这表示渗透率超过目前可再生能源纳入限制的可行情况.

*

方案4：考虑12个渗透率为80%的光伏电站。

请注意，假设所有场景中光伏电站产生的有功功率相等。这四种场景的同步发电机运行工况如表2所示。

表2.同步发电机的运行条件.

对于所有情况.假设扰动发生在1.0秒处.此外，据认为.所提议的方法与第4节中介绍的IDA-PBC一起实现，而传统

的转换器控制器（PD不包括所建议的方法。

6.结果

这四个案例和具有不同光伏电站渗透水平的12总线测试系统（见图6）在MATLAB/Simulink•：MATLAB2019b）口实现，

并在台式计算机上运行（具有INTEL（R）Core（TM"7-7700CPU@3.60GHz.8GBRAM和64位Windows10Professional）a

第一种情况

该案例显示了所提出的方法在发生器4断开连接时补偿POD的能力.对f•场景1、2、3和4,该发生器分别产生测武

系统中总有功功率的22.75、17.75、12.75和4.48%。在每种情况H，在发电机4断开连接后，产生的有功功率在其他三台

发电机之间平均分配.

同步发电机3的转子转速偏差、发电机1的端电压和光伏电站1的有功功率的动态响应如图7所示。

——10%1DA-PBC——10%PI——30°»IDA-PBC——30%H

50%IDA-PBC50%P1——80°.»IDA-PBC--------80%P1

□

d

7

s

v

⑥

=

£

§

(

)q

12

n一*

d

-

£JJ

/

◎1

123456

Time[s]

图7.测试系统对发电机4突然断开的响应：（a）发电机3的转子•传速偏差，（b）发电机1的端电用，（c）光伏电站1的有

功功率。

请注意,Acos帮助确定测式系统频率受到影晌的程度（参见图7a）.方案1显示的△33.发生这种情况是因为当

PV穿透率为10%时，发电机4的断开会产生更大的功率不平衡。这是因为总发电量的22.75%突然消失了，而其他三种情况则

不同,其中发电机4的贡献较低。

图7a还表明，所提出的方法能够减轻POD的效果，从而提高电力系统的稳定性，而不公限制VSC以模拟同步发电机的

动力学。

图7b显示，当采用初级电压控制时，电压曲线稳定得更快.这证实J'光伏电站的VSC可用丁•在大干扰下改善其电压曲

线。这发生在发电机1总线和电力系统中的所有其他总线上。

当实施初级频率控制时,PVPlant1产生的有功功率显示出更大的变化（见图7c）。这些移位对丁一补偿电力系统中的POD

是必要的，因此频率振荡减少所需的时间更少（图7a）.在情景1中，与情战2、3和4相比，产生的有功功率显示出更大

的变化。这是因为场景1的光伏电站较少，可能会在电力系统中产生电力不平衡。在光伏电站的设计中，有必要检查VSC是否

能够安全地支持这些过载，从而确定光伏电站是否能够产生所需的有功功率。

第二种情况

该案例涉及分析电力系统中大规模干扰的影响，总线8上的短路事件证明/这一点。图8显示J'发电机3的转子转速偏

差、发电机1端子处的电压曲线、光伏电站1提供的有功功率以及发电机2的有功功率。图8a显示了PV穿透水平与须率偏差

之间的直接关系：当仃源发电量最小时，会显示出更高的频率振荡。当光伏系统的仃功功率最大时,频率偏差最小。这种行为

是可以预料的，因为减少频率偏差的能力与光伏系统的电流施力以及图2中描述的主控制有关。

-10°»IPA-PBC-10%PI——IDAPBC---3(F.PI

50%IDA-rue50%PI------NYIDATIK-7，n

Time|s]

图8.测试系统对总线8短路140ms的响应：（a）发电机3的转子速度偏差，（b）发电机1的终端电压，（c）光伏电站1

的有功功率，以及td）发电机2的有功功率。

请注意,在四种光伏溶透情景中.将所提出的方法与IDA-PBC方法的应用减少了与PI方法的频率偏差。与未使用所提出

方法获得的坡大值相比，情景1、2、3和4的频率振荡分别好低了16.8%、38.43%、37.53%和76.94%。这表明所提出的方法

对频率振荡阻尼的影响仃利于同步电机并减少轴上的应力。

图8b显示了发电机1端子处电压曲线的动态性能。在这电，在所有侪况下，PI方法的电压曲线振荡都高于所提出的

IDA-PBC控制方法。尽管如此，系统在澄清故障4s后4秒内恢笈了两种控制策略的正常行为。该行为表明，PI和IDA-PBC

方法允许通过考虑有关光伏电力穿透的广泛变化来在剧烈短路事件期间保持电力系统的稳定性.

图8c描绘了光伏电站1的有功功率输出。请注意，与图8a,b中描述的行为不同，IDA-PBC方法显示的有功功率输出

振荡比PI痣.这是可以预料的,因为拟议的初级电压和频率控制作为光伏电站提供的仃功功率的函数运行,这意味着需要更高

的有功功率变化才能在最短的时间内降低频率（电压）振荡。

图8d显示，采用所提方法时.发电机2的有功功率振荡较低。此外,对于所有渗透水平，所提出的方法具有更快的响应

速度，并在更短的时间内稳定系统。

第三种情况

本例模拟了所提出的方法在拓扑偏移与输电线路L-2跳闸•起发生时对泥高电力系统稳定性的贡献,图9W示了转广转速

偏差的动态性能，以及发电机3中的电压曲线，PV站1中的功率输出和发电机2的有功功率。

-10%IDAPBC---10%PI——30MDAPBC…30%PI

50%IDA-PBC50%PI——80%IDA-PBC——80%P!

2

11一5

2一

二

—

八

5

5

4

3

2

1

0

Time|s)

图9.测试系统对线路L-2中间短路的响应：（a）发电机3的转子转速，（b：发电机1的终端电压，（c）光伏电站1的有功

功率，以及（d）发电机2的有功功率。

请注意,与所提出的IDA-PBC方法相比.PI控制在频率和电压信号中表现出更高的振荡（见图9a.b）。此外,光伏电

站1和发电机2的有功功率输出与箱一情况的解释相似（见图9c,d）.最后，说明本案例说明了通过主控制方法控制电网中

光伏电站的优势.即与传统方法相比，大规模扰动后的瞬态条件（包括拓扑网格变化）可以得到显著改善。

第四种情况

本案例研究了所提出的方法在总线5处突然连接负载时减轻POD的能力。图10说明了发电机3的转子转速偏差、发电

机1端子处的电质曲线以及光伏电站1输送的有功功率。如前所述，当使用所提出的方法时，动态响应更好。此外，所提出的

方法即使在突然连接的情况下也能更快地稳定系统.

------10°o1DA-PBC-------10%1»1---------30%»IDA-PBC-------300，。PI

50?i,IDA-PBC---50%PI——80%IDA-PBC——80%PI

3

Time(s)

n一

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二

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图10.测试系统对总线5处负载突然连接的响应：（a）发电机3的转子速度，＜b）发电机1的终端电压，以及（c）光伏电站

1的自功功率。

重要的是要注意，初级物率控制是电力系统的额外惯性;它决定性地有助于抑制频率的变化率，从而抑制其最大偏差。这

可以通过比较来验证ACO当主频率控制实现时,当它不是在所仃场母中时（参见图7a.图8a.图9a和图10a）•此外.鉴

于光伏系统渗透率的提离，频率偏差的降低变得明显.

可以观察到，当大扰动消失（例如，短路）约1.4秒时，光伏系统的有功功率急剧增加（参见图7c,图8c,图9c和图

10O.这是因为在发生大扰动事件后，所有•系统节点中的RMS电压急剧增加，从而增加J'整个电力系统中的瞬时有功功率.

惯性降低分析

本小节探讨了当同步电机的愦性从100%降低到25%时,所提出的方法增强桎定性的能力。该分析在第二种情况下进行.

因为它显示了最大的角频率振荡。图11显示了当考虑降低同步电机的惯性时，同步电机的最大平均频率偏差。

Withouttheproffedmethodology

-------Withtheproposedmethodology

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