新能源场站分布式同步调相机暂态功角失稳形态及机理

杨松浩; 李秉芳; 赵天骐; 赵伟; 徐鹏; 谢欢

doi:10.7500/AEPS20220530016

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

新能源场站分布式同步调相机暂态功角失稳形态及机理

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 新能源场站分布式同步调相机暂态功角失稳形态及机理
- Transient Angle Instability Mode and Mechanism of Distributed Synchronous Condensers in Renewable Energy Station
- 电力系统自动化 2023年47卷第3期页码：12-18
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市 710049
  2.华北电力科学研究院有限责任公司,北京市 100045
  3.国家电网有限公司华北分部,北京市 100053
- 作者简介：
  
  杨松浩(1989—)，男，通信作者，博士，助理教授，硕士生导师，主要研究方向：电力系统稳定分析与控制。E-mail：songhaoyang@xjtu.edu.cn
  李秉芳(1999—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电力系统稳定分析与控制。E-mail：libingfang@stu.xjtu.edu.cn
  赵天骐(1990—)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：电力系统稳定分析与控制。E-mail：zhao.tianqi@jibei.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52007143);中国博士后科学基金资助项目(2021M692526)
- DOI：10.7500/AEPS20220530016
  中图分类号：
- 收稿：2022-05-30，
  
  修回：2022-09-23，
  
  网络出版：2022-11-18，
  
  纸质出版：2023-02-10
- 稿件说明：
移动端阅览
杨松浩,李秉芳,赵天骐等.新能源场站分布式同步调相机暂态功角失稳形态及机理[J].电力系统自动化,2023,47(3):12-18.

YANG Songhao,LI Bingfang,ZHAO Tianqi,et al.Transient Angle Instability Mode and Mechanism of Distributed Synchronous Condensers in Renewable Energy Station[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):12-18.
杨松浩,李秉芳,赵天骐等.新能源场站分布式同步调相机暂态功角失稳形态及机理[J].电力系统自动化,2023,47(3):12-18. DOI： 10.7500/AEPS20220530016.

YANG Songhao,LI Bingfang,ZHAO Tianqi,et al.Transient Angle Instability Mode and Mechanism of Distributed Synchronous Condensers in Renewable Energy Station[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):12-18. DOI： 10.7500/AEPS20220530016.

摘要

在新能源场站配置同步调相机是提升新能源送出能力的有效措施，但也给系统带来了暂态功角失稳的风险。首先，通过网络化简，建立新能源场站同步调相机暂态分析数学模型。然后，分析新能源动态影响下同步调相机的暂态功角失稳形态，基于等面积定则解释其失稳机理并提出暂态失稳判据。最后，通过实际新能源送出系统的简化模型和IEEE 39节点改进系统仿真验证了理论分析的有效性。结果表明，无论新能源低电压穿越控制深度高低，新能源场站附近部署的同步调相机均有暂态功角加速失稳的风险，需要在新能源送出系统的配置规划及运行控制中予以考虑。

Abstract

The configuration of the synchronous condenser (SC) in the renewable energy station is an effective measure to improve the transmission capacity of renewable energy

but it also brings the risk of transient angle instability to the system. First

through the network simplification

the transient analysis mathematical model of SCs in the renewable energy station is established. Then

the transient power angle instability mode of SC is analyzed under the dynamic influence of renewable energy. The instability mechanism is explained and the criterion of transient instability is proposed based on the equal area criterion. Finally

the effectiveness of the theoretical analysis is verified through the simplified model of the actual renewable energy sending system and the improved IEEE 39-bus system simulation. Results show that the SC deployed near a renewable energy station has the risk of transient power angle accelerating instability

no matter the control depth of renewable energy low voltage ride-through is low or high

which needs to be considered in the configuration planning and operation control of renewable energy sending system.

关键词

Keywords

references

屠竞哲，张健，刘明松，等 . 考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 11 ）： 197 - 205 .

TU Jingzhe ， ZHANG Jian ， LIU Mingsong ， et al . Mechanism analysis of transient overvoltage with large disturbance considering dynamic characteristics of wind generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 197 - 205 .

沈政委，孙华东，仲悟之，等 . 基于关键事件的高比例新能源电力系统故障连锁演化规律分析［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 15 ［ 2022-09-23 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220918.1101.004.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220918.1101.004.html .

SHEN Zhengwei ， SUN Huadong ， ZHONG Wuzhi ， et al . Key event based analysis on evolution law of cascading failures in power system with high proportion of renewable energy ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 15 ［ 2022-09-23 ］. http：//kns.cnki.net/kcms /detail/32.1180.TP.20220918.1101.004.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220918.1101.004.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 .

曹炜，张甜，傅业盛，等 . 同步调相机增强电力系统惯性和改善频率响应的研究与应用［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 1 - 10 .

CAO Wei ， ZHANG Tian ， FU Yesheng ， et al . Research and application for increasing inertia and improving frequency response of power system by using synchronous condenser ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 1 - 10 .

KENYON R W ， HOKE A ， TAN J ， et al . Grid-following inverters and synchronous condensers： a grid-forming pair？［C］// Clemson University Power Systems Conference （PSC）， March 10-13 ， 2020 ， Clemson， USA .

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 .

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 .

构建以新能源为主体的新型电力系统行动方案（ 2021 — 2030 年）［EB/OL］.（ 2021-07-28 ）［ 2022-09-05 ］. http：//mm.chinapower.com.cn/xw/zyxw/20210728/90959.html http://mm.chinapower.com.cn/xw/zyxw/20210728/90959.html .

Action plan for building a new type power system with new energy as the main body （ 2021 — 2030 ）［EB/OL］. （ 2021-07-28 ）［ 2022-09-05 ］. http：//mm.chinapower.com.cn/xw/zyxw/20210728/90959.html http://mm.chinapower.com.cn/xw/zyxw/20210728/90959.html .

郑美特 . 在负荷中心运行的同步调相机的稳定性［J］. 中国电机工程学报， 1965 （ 2 ）： 13 - 28 .

ZHENG Meite . The stability of synchronous condensers operating near a load center ［J］. Proceedings of the CSEE ， 1965 （ 2 ）： 13 - 28 .

韦立祥，刘丛伟，李崇坚，等 . 同步电动机失步保护及其自动再整步的研究及实现［J］. 中国电机工程学报， 1999 ， 19 （ 8 ）： 30 - 34 .

WEI Lixiang ， LIU Congwei ， LI Chongjian ， et al . Full digital exciting control with lose synchronism detection and auto-resynchronization function of high-power synchronous motor ［J］. Proceedings of the CSEE ， 1999 ， 19 （ 8 ）： 30 - 34 .

段大鹏，孙玉坤，潘如政 . 大同步电动机断电失步建模、仿真与保护设计［J］. 高电压技术， 2004 ， 30 （ 9 ）： 6 - 9 .

DUAN Dapeng ， SUN Yukun ， PAN Ruzheng . Modeling， simulation and protection design of power-break asynchrone of high-power synchronous motor ［J］. High Voltage Engineering ， 2004 ， 30 （ 9 ）： 6 - 9 .

林俐，杨以涵 . 基于扩展等面积定则的含大规模风电场电力系统暂态稳定性分析［J］. 电力系统保护与控制， 2012 ， 40 （ 12 ）： 105 - 110 .

LIN Li ， YANG Yihan . Analysis of transient stability of power system including large scale wind power based on the extended equal area rule ［J］. Power System Protection and Control ， 2012 ， 40 （ 12 ）： 105 - 110 .

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 .

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（二）：影响因素分析［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4043 - 4051 .

TANG Lei ， SHEN Chen ， ZHANG Xuemin . Impact of large-scale wind power centralized integration on transient angle stability of power systems： Part Ⅱ factors affecting transient angle stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4043 - 4051 .

GE X L ， QIAN J ， FU Y ， et al . Transient stability evaluation criterion of multi-wind farms integrated power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 4 ）： 3137 - 3140 .

牟澎涛，赵冬梅，王嘉成 . 大规模风电接入对系统功角稳定影响的机理分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1325 - 1334 .

MU Pengtao ， ZHAO Dongmei ， WANG Jiacheng . Influence mechanism analysis of large-scale wind power integration on power system angle stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1325 - 1334 .

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/OL］. 电力系统自动化： 1 - 13 ［ 2022-07-30 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220721.1714.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220721.1714.002.html .

SHEN Guangjin ， XIN Huanhai ， LIU Xinyu ， et al . Analysis on synchronization instability mechanism and influence factors for synchronous condenser in large-scale renewable energy base ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 13 ［ 2022-07-30 ］. http：//kn s.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220721.1714.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220721.1714.002.html .

倪以信 . 动态电力系统的理论和分析［M］. 北京：清华大学出版社， 2002 .

NI Yixin . Theory and analysis of dynamic power system ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2002 .

刘笙，汪静 . 电力系统暂态稳定的能量函数分析［M］. 上海：上海交通大学出版社， 1996 .

LIU Sheng ， WANG Jing . Energy function analysis of power system transient stability ［M］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University Press ， 1996 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

新能源场站分布式同步调相机暂态功角稳定性影响因素分析

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

基于分布式调相机的电压支撑型新能源场站构建方案