低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析

齐磊; 赵巍; 孙孝峰; 张莹; 王怀宝; 翟燕飞

doi:10.7500/AEPS20210826005

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低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析
- Analysis on Low-frequency Instability of Local Power Grid with Low-frequency Regulation Capacity Dominated by High Proportion of Renewable Energy
- 电力系统自动化 2022年46卷第12期页码：174-183
- 作者机构：
  
  1.燕山大学电气工程学院，河北省秦皇岛市 066004
  2.国网秦皇岛供电公司，河北省秦皇岛市 066099
- 作者简介：
  
  齐磊(1990—)，男，硕士，讲师，主要研究方向：分布式发电系统稳定性分析及优化控制。E-mail：qil@ysu.edu.cn
  赵巍(1983—)，男，博士，高级实验师，主要研究方向：分布式发电系统稳定性分析及优化控制。E-mail：zwysu@163.com
  孙孝峰(1970—)，男，通信作者，博士，教授，主要研究方向：变流器拓扑及波形控制技术、新能源变换与组网技术。E-mail：sxf@ysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  河北省重点研发计划资助项目(19214405D);河北省自然科学基金重点项目(E2021203162)
- DOI：10.7500/AEPS20210826005
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-08-26，
  
  修回日期：2022-01-06，
  
  网络出版日期：2022-05-05，
  
  纸质出版日期：2022-06-25
- 稿件说明：
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齐磊,赵巍,孙孝峰等.低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析[J].电力系统自动化,2022,46(12):174-183.

QI Lei,ZHAO Wei,SUN Xiaofeng,et al.Analysis on Low-frequency Instability of Local Power Grid with Low-frequency Regulation Capacity Dominated by High Proportion of Renewable Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(12):174-183.
齐磊,赵巍,孙孝峰等.低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析[J].电力系统自动化,2022,46(12):174-183. DOI： 10.7500/AEPS20210826005.

QI Lei,ZHAO Wei,SUN Xiaofeng,et al.Analysis on Low-frequency Instability of Local Power Grid with Low-frequency Regulation Capacity Dominated by High Proportion of Renewable Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(12):174-183. DOI： 10.7500/AEPS20210826005.

摘要

随着局部电网新能源发电比例的提高及调频容量的降低，系统低频段阻抗变化及频率维持特性削弱引发了局部电网的低频失稳现象。现有弱电网假设及固定基频的分析方法与电网调频特性不对应，导致系统低频振荡耦合频率波动失稳机理分析受限。针对含柴油同步发电机组及并网逆变器的局部电网，构建了含电压、电流、基频扰动的涵盖阻抗外特性与基频扰动特性的新能源主导发电模型框架。基于所建立的电网强度与渗透率、网侧等效阻抗的耦合关系，分析了强电网弱化后源网端低频段阻抗变化及衍生低频失稳诱因。构建了含基频扰动项的回比矩阵，分析了频率特性项对系统低频失稳的潜在影响并预判了不同渗透率下系统稳定情况。最后，结合硬件在环实验结果，在临界失稳工况下与传统固定基频分析方法进行对比，所提模型可准确预判低调频容量高比例新能源主导局部电网的低频失稳，验证了上述理论分析的正确性。

Abstract

With the increase of the proportion of renewable energy generation in the local power grid and the reduction of the frequency regulation capacity

low-frequency impedance changes of the system and the weakening of the frequency maintenance characteristic lead to the potential low-frequency instability of the local power grid. The current weak grid assumption and the analysis method of fixed fundamental frequency do not correspond to the frequency regulation characteristics of the power grid

resulting in limitation on analysis of the instability mechanism for the low-frequency oscillation coupled with the frequency fluctuation. Aiming at the local power grid with diesel synchronous generator sets and grid-connected inverters

a framework of power generation model dominated by renewable energy is constructed with voltage

current

fundamental frequency disturbance

which covers the external characteristics of impedances and disturbance characteristics of the fundamental frequency. Based on the established coupling relationship between power grid strength

penetration rate

and grid-side equivalent impedance

the low-frequency impedance changes at the source grid side and the induced low-frequency instability inducements are analyzed after the strong grid is weakened. The return ratio matrix containing the fundamental frequency disturbance term is constructed

the potential impact of the frequency characteristic term on the low-frequency instability of the system is analyzed

and the system stability with different penetration rates is predicted. Finally

combined with the results of the hardware-in-the-loop experiment

compared with the traditional fixed fundamental frequency analysis method under the critical instability condition

the proposed model can accurately predict the low-frequency instability problem of the local power grid with low-frequency regulation capacity dominated by a high proportion of renewable energy. The correctness of the above theoretical analysis is verified.

关键词

Keywords

references

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