Mechanism Analysis of Power System Transient Voltage Instability Dominated by Low Voltage Ride-through of Renewables

LAN Tiankai; SUN Huadong; XU Shiyun; ZHAO Bing

doi:10.7500/AEPS20230713008

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Mechanism Analysis of Power System Transient Voltage Instability Dominated by Low Voltage Ride-through of Renewables

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Mechanism Analysis of Power System Transient Voltage Instability Dominated by Low Voltage Ride-through of Renewables
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 12, Pages: 58-67(2024)
- 作者机构：
  
  电网安全全国重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U21666601)
- DOI：10.7500/AEPS20230713008
  CLC：
- Received：13 July 2023，
  
  Revised：2023-10-23，
  
  Published Online：03 February 2024，
  
  Published：25 June 2024
- 稿件说明：
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兰天楷,孙华东,徐式蕴等.新能源低电压穿越主导的电力系统暂态电压失稳机理分析[J].电力系统自动化,2024,48(12):58-67.

LAN Tiankai,SUN Huadong,XU Shiyun,et al.Mechanism Analysis of Power System Transient Voltage Instability Dominated by Low Voltage Ride-through of Renewables[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(12):58-67.
兰天楷,孙华东,徐式蕴等.新能源低电压穿越主导的电力系统暂态电压失稳机理分析[J].电力系统自动化,2024,48(12):58-67. DOI： 10.7500/AEPS20230713008.

LAN Tiankai,SUN Huadong,XU Shiyun,et al.Mechanism Analysis of Power System Transient Voltage Instability Dominated by Low Voltage Ride-through of Renewables[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(12):58-67. DOI： 10.7500/AEPS20230713008.

摘要

中国电网新能源装机不断增加，对电力系统暂态电压稳定产生了显著影响。在新能源低电压穿越控制作用下，电力系统出现了新的电压失稳现象。文中从电力系统的新型

P-V

特性入手，研究系统的暂态行为，直观解释了实际运行中“持续低电压穿越”“反复低电压穿越”等新型失稳现象的物理机理，借助混杂系统理论建立了新型失稳现象的动力学模型。为克服混杂系统模型表达式复杂、难以解析分析的难题，文中使用现有的成熟计算工具，利用不同边界条件下的潮流计算结果，提出并验证了暂态电压失稳的判别方法。

Abstract

Integration of renewables is increasing in China’s power grid. This impairs voltage stability of power systems. New instability phenomena have arisen under low voltage ride-through (LVRT) control of renewables. This paper starts from new

P-V

characteristics of power systems

studies related transient performances

and intuitively explains the physical mechanism of new instability phenomena in practical operation

i.e.

continuous LVRT and repeated LVRT. A novel dynamic model of new instability phenomena is established based on the hybrid system theory. To overcome the difficulties in complex expressions and analytical analysis of the hybrid system model

this paper uses existing mature calculating tools and utilizes power-flow results in different boundary conditions. A discrimination method for the transient voltage

instabilities is proposed and verified.

关键词

Keywords

references

国家能源局 . 国家能源局发布2022年全国电力工业统计数据［EB/OL］.［ 2023-07-13 ］. http：//www.nea.gov.cn/2023-01/18/c_1310691509.htm http://www.nea.gov.cn/2023-01/18/c_1310691509.htm .

National Energy Administration . National Energy Administration releases 2022 national electric power industry statistics ［EB/OL］. ［ 2023-07-13 ］. http：//www.nea.gov.cn/2023-01/18/c_1310691 509.htm http://www.nea.gov.cn/2023-01/18/c_1310691509.htm .

国家能源局 . 2022年光伏发电建设运行情况［EB/OL］.［ 2023-07-13 ］. http：//www.nea.gov.cn/2023-02/17/c_1310698128.htm http://www.nea.gov.cn/2023-02/17/c_1310698128.htm .

National Energy Administration . Construction and operation of PVs in 2022 ［EB/OL］. ［ 2023-07-13 ］. http：//www.nea.gov.cn/2023-02/17/c_1310698128.htm http://www.nea.gov.cn/2023-02/17/c_1310698128.htm .

姜颢宇，齐磊，孙孝峰，等 . 基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 1 ）： 88 - 99 .

JIANG Haoyu ， QI Lei ， SUN Xiaofeng ， et al . Maximum capacity and optimal allocation method for multi-infeed new energy cluster based on sensitivity collaboration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 88 - 99 .

徐箭，吴煜晖，廖思阳，等 . 面向新能源消纳的信息-物理-社会标准化信息模型及其应用［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 104 - 113 .

XU Jian ， WU Yuhui ， LIAO Siyang ， et al . Cyber-physical-social standardized information model and its application for renewable energy accommodation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 104 - 113 .

孙华东，徐式蕴，许涛，等 . 电力系统安全稳定性的定义与分类探析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7796 - 7809 .

SUN Huadong ， XU Shiyun ， XU Tao ， et al . Research on definition and classification of power system security and stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7796 - 7809 .

Joint NERC and Texas RE Staff . Odessa disturbance report 2021 ［R］. GA， USA ： orth American Electric Reliability Corporation ， 2021 .

Joint NERC and Texas RE Staff . Odessa disturbance report 2022 ［R］. GA， USA ： North American Electric Reliability Corporation ， 2022 .

吴林林，赵伟，徐曼，等 . 考虑风电机组故障穿越特性的电压反复波动机理分析与抑制［J］. 全球能源互联网， 2022 ， 5 （ 3 ）： 290 - 297 .

WU Linlin ， ZHAO Wei ， XU Man ， et al . Mechanism analysis and suppression of repeated voltage fluctuation considering fault ride through characteristics of the wind turbine ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2022 ， 5 （ 3 ）： 290 - 297 .

曾辉，孙峰，李铁，等 . 澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 13 ）： 1 - 6 .

ZENG Hui ， SUN Feng ， LI Tie ， et al . Analysis of “9·28” blackout in South Australia and its enlightenment to China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 13 ）： 1 - 6 .

SATKAUSKAS I ， MAACK J ， REYNOLDS M ， et al . Simulating impacts of extreme events on grids with high penetrations of wind power resources ［C］// 2022 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition ， April 25-28 ， 2022 ， New Orleans， USA ： 1 - 5 .

HUANG B ， KRISHNAN V ， HODGE B M . Analyzing the impacts of variable renewable resources on California net-load ramp events ［C］// 2018 IEEE Power & Energy Society General Meeting （PESGM）， August 5-10 ， 2018 ， Portland， USA ： 1 - 5 .

吴志，李广焕，张小平，等 . 基于单端口耦合等值的配电网静态电压稳定指标分析及应用［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 23 ）： 44 - 54 .

WU Zhi ， LI Guanghuan ， ZHANG Xiaoping ， et al . Analysis and application of static voltage stability index of distribution network based on single-port coupling equivalent circuit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 23 ）： 44 - 54 .

LAN Tiankai ， SUN Huadong ， WANG Qi ， et al . Synthesis load model with renewable energy sources for transient stability studies ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 1637 - 1663 .

NIRBHAVANE P S ， CORSON L ， RIZVI S M H ， et al . TPCPF： three-phase continuation power flow tool for voltage stability assessment of distribution networks with distributed energy resources ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2021 ， 57 （ 5 ）： 5425 - 5436 .

毛安家，马静，蒯圣宇，等 . 高比例新能源替代常规电源后系统暂态稳定与电压稳定的演化机理［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2745 - 2756 .

MAO Anjia ， MA Jing ， KUAI Shengyu ， et al . Evolution mechanism of transient and voltage stability for power system with high renewable penetration level ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2745 - 2756 .

刘运鑫，姚良忠，廖思阳，等 . 光伏渗透率对电力系统静态电压稳定性影响研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5484 - 5497 .

LIU Yunxin ， YAO Liangzhong ， LIAO Siyang ， et al . Study on the impact of photovoltaic penetration on power system static voltage stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5484 - 5497 .

屠竞哲，易俊，王超，等 . 考虑光伏动态特性的功角电压交互失稳机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 157 - 165 .

TU Jingzhe ， YI Jun ， WANG Chao ， et al . Analysis on instability mechanism of power angle and voltage interaction considering dynamic characteristics of photovoltaic generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 157 - 165 .

孙华东，徐式蕴，许涛，等 . 新能源多场站短路比定义及指标［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 497 - 506 .

SUN Huadong ， XU Shiyun ， XU Tao ， et al . Definition and index of short circuit ratio for multiple renewable energy stations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 497 - 506 .

于琳，孙华东，赵兵，等 . 新能源并网系统短路比指标分析及临界短路比计算方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 3 ）： 919 - 929 .

YU Lin ， SUN Huadong ， ZHAO Bing ， et al . Short circuit ratio index analysis and critical short circuit ratio calculation of renewable energy grid-connected system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 3 ）： 919 - 929 .

LAN T K ， XU S Y ， GUO D Y ， et al . Current-induced strength evaluation method for power systems with renewable energy sources ［C］// 2021 International Conference on Power System Technology （POWERCON）， December 8-9 ， 2021 ， Haikou， China ： 1629 - 1633 .

辛焕海，甘德强，鞠平 . 多馈入电力系统广义短路比：多样化新能源场景［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5516 - 5527 .

XIN Huanhai ， GAN Deqiang ， JU Ping . Generalized short circuit ratio of power systems with multiple power electronic devices： analysis for various renewable power generations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5516 - 5527 .

万凯遥 . 静态电压稳定分岔分析及全导数算法研究［D］. 北京：华北电力大学， 2021 .

WAN Kaiyao . Bifurcation analysis of steady-state voltage stability and research on full derivative method ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2021 .

于文广 . 电力系统静态电压稳定极限诱导分岔研究［D］. 长沙：湖南大学， 2012 .

YU Wenguang . The research of limit induced bifurcation in power system static voltage stability ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2012 .

风力发电机组电气仿真模型： GB/T 36237—2018 ［S］. 2018 .

Wind turbines—electrical simulation models ： GB/T 36237—2018 ［S］. 2018 .

刘天琪 . 现代电力系统分析理论与方法［M］. 北京：中国电力出版社， 2007 .

LIU Tianqi . Theory and method of modern power system analysis ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2007 .

ZHOU H ， SONG J ， LI W X . Razumikhin method to stability of delay coupled systems with hybrid switching diffusions ［J］. Nonlinear Analysis： Hybrid Systems ， 2020 ， 38 ： 100934 .

LIBERZON D . Switching in systems and control ［M］. Boston， USA ： Birkhäuser ， 2003 .

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