Construction Scheme of Voltage-supporting Renewable Energy Station Based on Distributed Synchronous Condensers—Part One  Mechanism Analysis

LIANG Beihua; XIE Huan; ZHAO Tianqi; LIANG Hao; HAO Jing; XIN Huanhai

doi:10.7500/AEPS20240807001

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Construction Scheme of Voltage-supporting Renewable Energy Station Based on Distributed Synchronous Condensers—Part One Mechanism Analysis

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Construction Scheme of Voltage-supporting Renewable Energy Station Based on Distributed Synchronous Condensers—Part One Mechanism Analysis
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 11, Pages: 159-167(2025)
- 作者机构：
  
  1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院（源网荷储灵活运行与协调控制国家电网公司实验室），北京市 100045
  2.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd(B3018K240005)
- DOI：10.7500/AEPS20240807001
  CLC：
- Received：07 August 2024，
  
  Revised：2025-01-07，
  
  Published Online：13 March 2025，
  
  Published：10 June 2025
- 稿件说明：
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梁倍华,谢欢,赵天骐等.基于分布式调相机的电压支撑型新能源场站构建方案——(一)机理分析[J].电力系统自动化,2025,49(11):159-167.

LIANG Beihua,XIE Huan,ZHAO Tianqi,et al.Construction Scheme of Voltage-supporting Renewable Energy Station Based on Distributed Synchronous Condensers—Part One Mechanism Analysis[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):159-167.
梁倍华,谢欢,赵天骐等.基于分布式调相机的电压支撑型新能源场站构建方案——(一)机理分析[J].电力系统自动化,2025,49(11):159-167. DOI： 10.7500/AEPS20240807001.

LIANG Beihua,XIE Huan,ZHAO Tianqi,et al.Construction Scheme of Voltage-supporting Renewable Energy Station Based on Distributed Synchronous Condensers—Part One Mechanism Analysis[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):159-167. DOI： 10.7500/AEPS20240807001.

摘要

新能源场站配置分布式调相机可以有效提高短路比指标和系统送出能力，然而调相机控制特性对于电压支撑能力及电网强度的影响和量化评估目前较少有研究涉及。文中首先阐明了场站需要具备的全过程电压支撑功能需求，并基于频域指标对比分析了调相机在电压控制和无功外环级联控制2种策略下的电压支撑能力差异，揭示了无功外环的引入将导致调相机低频段特性转变为电流源特性，降低了故障清除后系统动态调节过程中的电压支撑能力。然后，提出了调相机接入新能源场站的全过程短路比指标，其物理意义为电压灵敏度，能够有效表征不同控制策略对于多时间尺度电压稳定性的影响，阐明了以调相机次暂态电抗参数计算运行极限的适应性。最后，通过实时数字仿真系统（RTDS）硬件在环仿真验证了分析结论的正确性。

Abstract

The integration of distributed synchronous condensers into renewable energy stations can effectively improve the short-circuit ratio index and the system transmission capability. However

the influence and quantitative evaluation of the control characteristics of synchronous condensers on the voltage-supporting capability and the power grid strength are rarely studied. First

this paper explains the requirements of the voltage-supporting function of the station throughout the entire process. Based on the frequency-domain index

the difference in voltage-supporting capability of synchronous condensers with two strategies of voltage control and cascaded reactive power outer loop control is compared and analyzed. It is revealed that the introduction of the reactive power outer loop will cause the characteristic of the synchronous condenser at the low frequency to transform into that of the current source

reducing the voltage-supporting capability of the system during the dynamic regulation process after fault clearance. Next

a short-circuit ratio index for the entire process of a renewable energy station with synchronous condensers is proposed

whose physical meaning is voltage sensitivity. This index can effectively describe the influence of different control strategies on voltage stability at multiple time scales

which explains the adaptability of using subtransient reactance parameters of the synchronous condenser to calculate operation limits. Finally

the correctness of the analysis conclusions is verified through RTDS hardware-in-the-loop simulation.

关键词

Keywords

references

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