构网型变流器稳定性机理分析及优化控制研究-武汉理工大

构网型变流器稳定性机理分析及优化控制研究④总结与展望电工技术学报CES电气发布姓名：黄云辉重点实验室开放基金一项，南方电网开放基金一项，军工科技项目一项，国家电网/南方电网科技项目多项。发表学术论文45篇(SCI检索11篇，EI检索19篇),总引用次数超700次(数据来源：WebofScience),单篇最高引用超200次(数据来源：WebofScience)。荣获2019年武汉电源学会学术年会二等奖、2019年第二届国际电子技术大会(ICET2019)最佳报告奖、2021年国网新源公司科学技术进步奖三等奖。在2022年和2023年，连续入选全球前2%顶尖科学家榜单以及电气与电子工程领域中国(含港澳台地区)年度科学影响力榜单。电工技术学报CES电气发布一、个人简介本课题培养了4名硕士研究生，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文12篇，被SCI收录4篇、EI收录8篇，申请国WeakGrid[J].IEEETrans.EnergyConversion,2017,32(3):1127-1138.(IEEE期刊论文，SCI检索)TimeScale[J].EmergingandSelectedTopicsinPowerElectronics,IEEEJournalof,2018,6(1):16-28.(IEEE期刊论文，SCI检索)2018,33(1):301-310.(IEEE期刊论文，SCI检索)√黄云辉.弱电网下风机并网变流器直流电压稳定性机理分析与研究[J],高电压技术，2017,43:3127-3136.TheJournalofEngineering,2017,2017(13):2168-2172.(EI检索)Analysis[J],TheJournalofEngineering,2017,2017(13):2057-2061.◆黄云辉，胡家兵，徐瑶台，宋泽凡，迟永宁，汤海雁，李琰，田新首.专利名称：一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器.专利号：CN201810115759.2.学报CES电气发布风电、光伏发电变压器变压器变压器变压器变压器变压器√以电压源型变换器为主的换流源作为能量转换单元，实现发电、输电、配电、用电系统之间能量的交换，广泛的应用于现代电力系统；√电压源型变换器是电力电子化电力系统的重要组成单元。发布风、光新能源大规模接入引起的稳定性问题2015年我国新疆哈密山北地区风电场风机持续产生频率约19.3Hz的次同步振荡；>2016年澳大利亚9.28大停电事故，风电机组大规模脱网等一系列故障，最终演变成50h后恢复供电的全州大停电；2019年澳大利亚南部大规模光伏电站产生20Hz左右的次同步功率振荡；>2019年英国89停电事故中，霍恩风电场无功、电压出现约√大规模跟网型变流器接入电网，深刻地影响了电力系统的动态特性。√大规模跟网型变流器接入电网，深刻地影响了电力系统的动态特性。√随着跟网型变流器渗透率的不断提升，同步发电机占比不断下降，系统短路容量降低，电网强度减弱。√跟网型变流器无法提供惯量和频率支撑，不利于电网频率稳定性。电工技术学报CES电气发布构网型变流器可以弥补跟网型变流器的不足U十十W√构网型变流器的控制策略较多，包括：虚拟同步机控制、下垂控制、虚拟振荡器控制等。√特点：控制为电压源，不依赖交流电网，不需要锁相环，具备独立构建电压的能力，可以提供惯量和构网型变流器跟网型变流器构网型变流器电网电网电网电网vvZcE.δcE.δc'受控电压源、有功无功耦合受控电压源、有功无功耦合独立构网、功率同步有惯量/频率响应能力、主动支撑弱电网稳定、强电网易失步受控电流源、有功无功解耦构网构网无惯量/频率响应能力、被动支撑强电网稳定、弱电网易失步传统问题：“被动跟随”同步稳定性问题C1:va[250V/div]DFT(ia)[5A/div]C4(a)跟网型变流器在弱电网下的失步现象(b)构网型变流器在强电网下的失步现象锁相环锁相环流控制直流电压控制无功功率控制dUacrefQcref——锁相环不响应-----锁相环正常响应在7.5秒处，系统受到小扰动(a)锁相环不是跟网型变流器同步稳定的必要条件流控制“dE同步频率dq轴内电势0在1.0秒处，系统受到小扰动Vmdref流电压控制(b)功率同步环不是构网型变流器同步稳定的必要条件二、研究背景与问题□问题1:动力学特性如何表征XF.F.E₁t阻尼力t0恢复力√当变流器内电势受到小扰动后，在阻尼力的作用下恢复至原频率，在恢复力的作用下恢复至原相位，从而可以保证小扰动同步稳定性。√牛顿动力学、拉格朗日动力学、哈密顿动力学。交流电网构网型变流器功率计算Pm,Qm1一S1一SfVmdreffVmdrefJs+KDEmfEmfdq轴交流电压控制dq轴电流控制功率控制时间尺度电流控制时间尺度时间轴3.1构网型变流器稳定性分析同步发电机阻尼分量消除恢复分量恢复有功-频率平衡失稳失稳构网型VSC二阶动力学简化模型Kd惯性系数阻尼系数恢复系数时间负阻尼分量的输出功率负恢复分量的输出功率!响应响时间负阻尼分量的输出功率负恢复分量的输出功率!阻尼分量三、研究内容3.1构网型变流器稳定性分析小负阻尼的引入，有效提升系统稳定性。√惯量系数减小或阻尼系数增大有利于增加系统阻尼分量，实际等效延迟了系统总阻尼的过零点，改善系统3.1构网型变流器稳定性分析0(d)有功运行点对等效电磁功有功运行点对功率同步稳定性的影响0参与因子参与因子实部频率/Hz(b)(b)状态变量参与因子(d)无功运行点对等效电磁功无功运行点对功率同步稳定性的影响补偿系数虚拟母线电压控制基本原理√将并网电压采集点向构网型储能变流器方向移动，等效增加了并网阻抗；√不会产生额外的有功损耗，不会导致额外的功率调控问题；√仍能够实时监测实际并网点电压进行控制。3.2构网型变流器的优化控制055电工技术学报CES电气发布66√补偿系数K对优化效果的影响，不同的k系数对稳定性的优化效果不同。电工技术学报CES电气发布3.3半实物仿真系统验证高分辨率高分辨率常规控制与优化控制对比不同补偿系数k的优化控制效果r常规控制虚拟母线电压控制1k=0.2R