基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析

王波; 朱晓杰; 李振垚; 甘德强; 廖圣文; 贺旭

doi:10.7500/AEPS20220414008

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基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析
- Analysis on Transient Voltage Stability of Power System with Photovoltaic Based on Monotone System Theory
- 电力系统自动化 2023年47卷第3期页码：19-29
- 作者机构：
  
  1.国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江省宁波市 315000
  2.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  王波（1985—），男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。E-mail：247622018@qq.com
  朱晓杰（1990—），男，硕士，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。E-mail：414820170@qq.com
  李振垚(1995—），男，博士研究生，主要研究方向：电力系统稳定性分析与控制。E-mail：12110085@zju.edu.cn
  甘德强(1966—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统稳定性分析与控制。E-mail：deqiang.gan@ieee.org
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20220414008
  中图分类号：
- 收稿：2022-04-14，
  
  修回：2022-08-08，
  
  网络出版：2022-12-14，
  
  纸质出版：2023-02-10
- 稿件说明：
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王波,朱晓杰,李振垚等.基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(3):19-29.

WANG Bo,ZHU Xiaojie,LI Zhenyao,et al.Analysis on Transient Voltage Stability of Power System with Photovoltaic Based on Monotone System Theory[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):19-29.
王波,朱晓杰,李振垚等.基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(3):19-29. DOI： 10.7500/AEPS20220414008.

WANG Bo,ZHU Xiaojie,LI Zhenyao,et al.Analysis on Transient Voltage Stability of Power System with Photovoltaic Based on Monotone System Theory[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):19-29. DOI： 10.7500/AEPS20220414008.

摘要

随着新能源机组大量并网，现代电力系统电压稳定问题日益突出，亟需有效的电压稳定分析方法。基于单调系统理论，对光伏并网的电力系统电压稳定性进行了分析。通过模块化求导方法，证明了电力系统暂态电势子系统的雅可比矩阵符号特性满足互联单调系统条件，进而基于互联单调系统小增益定理对电力系统暂态电势子系统进行稳定性分析，并采用增益函数雅可比矩阵谱半径作为系统平衡点渐近稳定性的判据。借助特殊矩阵论，量化分析了部分电网参数对增益函数雅可比矩阵谱半径的影响，以此作为变流器控制参数设置的理论依据。在10机39节点系统中对上述结论进行了验证。仿真算例结果表明运行在单位功率因数下的跟网型变流器会增加谱半径对同步发电机参数的灵敏度，并导致系统鲁棒性变差；构网型变流器的无功功率-电压下垂系数的增加和出口电抗的减小能够增强系统的电压稳定性。

Abstract

With the large-scale integration of renewable energy generators to power grid

the voltage stability problem of modern power systems is increasingly prominent

and effective voltage stability analysis methods is urgently required. The voltage stability of the systems with photovoltaics is analyzed based on the monotone system theory. It is proven that the Jacobian matrix of the voltage subsystem of power systems has sign pattern of the interconnected monotone system through the modular derivation method. The stability of the voltage subsystem of the power system is analyzed based on the small-gain theorem of the interconnected monotone system

and the spectral radius of the Jacobian matrix of the gain function is adopted as the criterion for the asymptotic stability of the system equilibrium point. The influence of some parameters on the spectral radius of the Jacobian matrix of the gain function based on the special matrix theory is quantifiably analyzed as the theoretical basis for the setting of the control parameters of the converters. The above conclusions are verified by the 10-machine 39-bus system. The simulation results show that the grid-following converters running under the unity power factor will increase the sensitivity of the spectral radius to the parameters of the synchronous generators

and cause the weaker system robustness

while the increase of the reactive power-voltage droop gain and the outlet reactance reduction of the grid-forming converters can enhance the voltage stability of the power system.

关键词

Keywords

references

丁明，王伟胜，王秀丽，等 . 大规模光伏发电对电力系统影响综述［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 1 ）： 1 - 14 .

DING Ming ， WANG Weisheng ， WANG Xiuli ， et al . A review on the effect of large-scale PV generation on power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 1 ）： 1 - 14 .

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 .

OLUIC M ， BERGGREN B ， ECHAVARREN F M ， et al . On the nature of voltage impasse regions in power system dynamics studies ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 2660 - 2670 .

林伟芳，汤涌，卜广全 . 多馈入交直流系统短路比的定义和应用［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 31 ）： 1 - 8 .

LIN Weifang ， TANG Yong ， BU Guangquan . Definition and application of short circuit ratio for multi-infeed AC/DC power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 31 ）： 1 - 8 .

XU X Y ， YAN Z ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Power system voltage stability evaluation considering renewable energy with correlated variabilities ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 3236 - 3245 .

KAWABE K ， OTA Y ， YOKOYAMA A ， et al . Novel dynamic voltage support capability of photovoltaic systems for improvement of short-term voltage stability in power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1796 - 1804 .

CHENG H J ， HUANG W ， SHEN C ， et al . Transient voltage stability of paralleled synchronous and virtual synchronous generators with induction motor loads ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 6 ）： 4983 - 4999 .

WANG G T ， XU Z ， ZHANG Z R . Voltage stability analysis of power systems with a large number of non-synchronous machine sources connected ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 131 ： 107087 .

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 .

BEN-KILANI K ， ELLEUCH M . Structural analysis of voltage stability in power systems integrating wind power ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 3785 - 3794 .

ZHONG Q C ， WEISS G . Synchronverters： inverters that mimic synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2011 ， 58 （ 4 ）： 1259 - 1267 .

ZHANG L D ， HARNEFORS L ， NEE H P . Modeling and control of VSC-HVDC links connected to island systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2011 ， 26 （ 2 ）： 783 - 793 .

ANGELI D ， SONTAG E D . Monotone control systems ［J］. IEEE Transactions on Automatic Control ， 2003 ， 48 （ 10 ）： 1684 - 1698 .

陈民权，张谦，甘德强，等 . 基于混合单调系统理论的电压动态响应分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 85 - 93 .

CHEN Minquan ， ZHANG Qian ， GAN Deqiang ， et al . Analysis of dynamic voltage response based on mixed monotone system theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 85 - 93 .

张谦，陈民权，郝文清，等 . 电力系统动态电压的单调控制特性［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 6 ）： 161 - 169 .

ZHANG Qian ， CHEN Minquan ， HAO Wenqing ， et al . Monotone control characteristics of dynamic voltage in power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 161 - 169 .

SMITH H L . Monotone dynamical systems： reflections on new advances & applications ［J］. Discrete & Continuous Dynamical Systems-A ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 485 - 504 .

CANADA A ， DRABEK P ， FONDA A . Handbook of differential equations： ordinary differential equations ［M］. Amsterdam， the Netherlands ： Elsevier ， 2006 .

ANGELI D ， SONTAG E D . A small-gain result for orthant-monotone systems in feedback： the non sign-definite case ［C］// 2011 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference ， December 12-15 ， 2011 ， Orlando， USA ： 6049 - 6053 .

陈民权 . 基于分解聚合的电力系统大干扰稳定性分析［D］. 杭州：浙江大学， 2021 .

CHEN Minquan . Large disturbance stability analysis of power system based on decomposition and aggregation ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2021 .

DORFLER F ， BULLO F . Kron reduction of graphs with applications to electrical networks ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅰ： Regular Papers ， 2013 ， 60 （ 1 ）： 150 - 163 .

LAMMERT G ， YAMASHITA K ， OSPINA L D P ， et al . Modelling and dynamic performance of inverter based generation in power system studies： an international questionnaire survey ［J］. CIRED-Open Access Proceedings Journal ， 2017 ， 2017（ 1 ）： 1899 - 1902 .

李庆扬 . 非线性方程组的数值解法［M］. 北京：科学出版社， 1987 .

LI Qingyang . Numerical solution of nonlinear system of equation ［M］. Beijing ： Science Press ， 1987 .

HORN R A ， JOHNSON C R . Matrix analysis ［M］. Cambridge， UK ： Cambridge University Press ， 2009 .

李斌，刘天琪，李兴源 . 分布式电源接入对系统电压稳定性的影响［J］. 电网技术， 2009 ， 33 （ 3 ）： 84 - 88 .

LI Bin ， LIU Tianqi ， LI Xingyuan . Impact of distributed generation on power system voltage stability ［J］. Power System Technology ， 2009 ， 33 （ 3 ）： 84 - 88 .

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