大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析

沈广进; 辛焕海; 刘昕宇; 屠竞哲; 王康; 汪宁渤

doi:10.7500/AEPS20220321004

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大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析
- Analysis on Synchronization Instability Mechanism and Influence Factors for Condenser in Large-scale Renewable Energy Base
- 电力系统自动化 2022年46卷第20期页码：100-108
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市 310027
  2.中国电力科学研究院有限公司,北京市 100192
  3.国网陕西省电力有限公司,陕西省西安市 710048
  4.浙江大学工程师学院,浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  沈广进(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向：高比例新能源电力系统稳定性分析和控制。E-mail：eesgj@zju.edu.cn
  辛焕海(1981—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：交直流混联电力系统和高比例新能源电力系统稳定性分析和控制。E-mail：xinhh@zju.edu.cn
  刘昕宇(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：高比例新能源电力系统稳定性分析和控制。E-mail：liuxinyu_up@163.com
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(4000-202255071A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20220321004
  中图分类号：
- 收稿日期：2022-03-21，
  
  修回日期：2022-06-01，
  
  网络出版日期：2022-08-03，
  
  纸质出版日期：2022-10-25
- 稿件说明：
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沈广进,辛焕海,刘昕宇等.大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析[J].电力系统自动化,2022,46(20):100-108.

SHEN Guangjin,XIN Huanhai,LIU Xinyu,et al.Analysis on Synchronization Instability Mechanism and Influence Factors for Condenser in Large-scale Renewable Energy Base[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(20):100-108.
沈广进,辛焕海,刘昕宇等.大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析[J].电力系统自动化,2022,46(20):100-108. DOI： 10.7500/AEPS20220321004.

SHEN Guangjin,XIN Huanhai,LIU Xinyu,et al.Analysis on Synchronization Instability Mechanism and Influence Factors for Condenser in Large-scale Renewable Energy Base[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(20):100-108. DOI： 10.7500/AEPS20220321004.

摘要

新能源远距离送出系统的短路比较低时，容易引发振荡和过电压等问题，提升送端电网的电网强度存在迫切需求。鉴于调相机在动态无功支撑方面的优势，工业界普遍采取加装调相机的措施以提升大型新能源基地的送出能力。然而，调相机本质上是同步机，在短路比较低且新能源控制配合不恰当时存在暂态功角失稳风险，这一潜在问题尚未引起工业界的足够重视。为此，首先解析了新能源送出系统调相机的功角特性，分析了调相机暂态功角失稳机理。其次，提出了量化调相机同步稳定性的新能源等效容量折算系数和系统的临界短路比条件。进一步，分析了影响调相机功角稳定水平的关键因素，为后续提高调相机同步稳定裕度的协调控制策略提供理论基础。仿真算例验证了所提稳定机理和影响因素的有效性。

Abstract

When the short-circuit ratio of the renewable energy long-distance transmission system is relatively low

it is easy to cause the problems such as oscillation and overvoltage. So there is an urgent need to improve the power grid strength of the sending-end power grid. In view of the advantages of the synchronous condenser (SC) in the dynamic reactive power support

the industry generally takes measures to install the SC to improve the transmission capacity of large-scale renewable energy bases. However

the SC is a synchronous generator intrinsically

therefore there is a risk of transient power angle instability especially when the short-circuit ratio is low and the control strategies of renewable energy do not match well. This potential problem has not attracted enough attention from the industry. To this end

the power angle characteristics of the SC of the renewable energy transmission system are firstly analyzed

and the transient power angle instability mechanism of the SC is analyzed. Secondly

the equivalent convert coefficient of the renewable energy capacity and the critical short-circuit ratio condition of the system are proposed to quantify the synchronization stability of the SC. Furthermore

the key factors affecting the power angle stability of the SC are analyzed

which provides a theoretical basis for the subsequent coordinated control strategy to improve the synchronization stability margin of the SC. Simulation examples verify the effectiveness of the proposed stabilization mechanism and influencing factors.

关键词

Keywords

references

中华人民共和国国务院 . 2030年前碳达峰行动方案［EB/OL］.［ 2022-01-25 ］. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.html http://www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.html .

State Council of the People’s Republic of China . Action plan for carbon emission peak by 2030 ［EB/OL］. ［ 2022-01-25 ］. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.html http://www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.html .

谢小荣，贺静波，毛航银，等 . “双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， MAO Hangyin ， et al . New issues and classification of power system stability with high shares of renewables and power electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

周莹坤，孙华东，徐式蕴，等 . 提升电网电压支撑强度的调相机优化配置方法［J/OL］. 电网技术［ 2022-01-25 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1781 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1781 .

ZHOU Yingkun ， SUN Huadong ， XU Shiyun ， et al . Synchronous condenser optimized configuration scheme for power grid voltage support strength improvement ［J/OL］. Power System Technology ［ 2022-01-25 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1781 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1781 .

王雅婷，张一驰，周勤勇，等 . 新一代大容量调相机在电网中的应用研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 1 ）： 22 - 28 .

WANG Yating ， ZHANG Yichi ， ZHOU Qinyong ， et al . Study on application of new generation large capacity synchronous condenser in power grid ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 1 ）： 22 - 28 .

金一丁，于钊，李明节，等 . 新一代调相机与电力电子无功补偿装置在特高压交直流电网中应用的比较［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2095 - 2102 .

JIN Yiding ， YU Zhao ， LI Mingjie ， et al . Comparison of new generation synchronous condenser and power electronic reactive-power compensation devices in application in UHV DC/AC grid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2095 - 2102 .

李锴，邵德军，徐友平，等 . 基于新一代调相机的多目标无功电压协调控制系统研究［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 8 ）： 2961 - 2967 .

LI Kai ， SHAO Dejun ， XU Youping ， et al . Research on coordinated multi-objective reactive voltage control system based on new type synchronous condenser ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 2961 - 2967 .

WANG Y Z ， WANG L ， JIANG Q R . Mitigation SSOs in PMSG-based wind farms with synchronous condenser ［C］// 2020 IEEE Power & Energy Society General Meeting ， August 2-6 ， 2020 ， Montreal， Canada ： 1 - 5 .

刘增训，李晓飞，刘建琴 . 含调相机的高压直流送端换流站无功协调控制策略研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3857 - 3865 .

LIU Zengxun ， LI Xiaofei ， LIU Jianqin . HVDC converter station reactive power coordinated control strategy with synchronous condenser ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3857 - 3865 .

常海军，霍超，刘福锁，等 . 提高弱送端电网暂态电压稳定水平的调相机优化配置研究［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 6 ）： 90 - 95 .

CHANG Haijun ， HUO Chao ， LIU Fusuo ， et al . Research on optimal allocation method of synchronous condensers for improving transient voltage stability level of weak sending-end power grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 6 ）： 90 - 95 .

岳涵，邵广惠，夏德明，等 . 考虑过电压抑制的特高压直流弱送端系统无功控制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 15 ）： 172 - 179 .

YUE Han ， SHAO Guanghui ， XIA Deming ， et al . Reactive power control strategy for UHVDC weak sending-end system considering overvoltage suppression ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 15 ）： 172 - 179 .

赵溶溶，柯德平，孙元章，等 . 考虑直流闭锁暂态过电压约束的送端电网换流站高效无功规划［J/OL］. 南方电网技术［ 2022-01-25 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220215.1726.008.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220215.1726.008.html .

ZHAO Rongrong ， KE Deping ， SUN Yuanzhang ， et al . Effective reactive power planning of converter station in HVDC sending system considering HVDC blocking transient overvoltage constraint ［J/OL］. Southern Power System Technology ［ 2022-01-25 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220215.1726.008.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220215.1726.008.html .

王康，李子恒，杨超然，等 . 面向大型新能源基地小干扰稳定性提升的调相机选址方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 66 - 74 .

WANG Kang ， LI Ziheng ， YANG Chaoran ， et al . Siting method of synchronous condenser for small-signal stability improvement of large-scale renewable energy base ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 66 - 74 .

于强，孙华东，汤涌，等 . 双馈风电机组接入对电力系统功角稳定性的影响［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 12 ）： 3399 - 3405 .

YU Qiang ， SUN Huadong ， TANG Yong ， et al . Impact on angle stability of power system with doubly fed induction generators connected to grid ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 12 ）： 3399 - 3405 .

汤蕾，沈沉，张雪敏 . 大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响：（一）理论基础［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 15 ）： 3832 - 3842 .

TANG Lei ， SHEN Chen ， ZHANG Xuemin . Impact of large-scale wind power centralized integration on transient angle stability of power systems： Part Ⅰ theoretical foundation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 15 ）： 3832 - 3842 .

王清，薛安成，郑元杰，等 . 双馈型风电集中接入对暂态功角稳定的影响分析［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 3 ）： 875 - 881 .

WANG Qing ， XUE Ancheng ， ZHENG Yuanjie ， et al . Impact of DFIG-based wind power integration on the transient stability of power systems ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 3 ）： 875 - 881 .

张琛，蔡旭，李征 . 全功率变换风电机组的暂态稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4018 - 4026 .

ZHANG Chen ， CAI Xu ， LI Zheng . Transient stability analysis of wind turbines with full-scale voltage source converter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4018 - 4026 .

HE X Q ， GENG H . Transient stability of power systems integrated with inverter-based generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 553 - 556 .

PEI J X ， YAO J ， LIU R K ， et al . Characteristic analysis and risk assessment for voltage-frequency coupled transient instability of large-scale grid-connected renewable energy plants during LVRT ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 7 ）： 5515 - 5530 .

国家标准化管理委员会 . 电力系统安全稳定导则： GB 38755—2019 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2019 .

Standardization Administration of the People’s Republic of China . Code on security and stability for power system ： GB 38755—2019 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2019 .

李志强，种芝艺，黄金军 . 快速动态响应同步调相机动态无功特性试验验证［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 23 ）： 6877 - 6885 .

LI Zhiqiang ， CHONG Zhiyi ， HUANG Jinjun . Test verification of dynamic reactive power characteristics of fast dynamic response synchronous condenser ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 23 ）： 6877 - 6885 .

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