复杂网络下多分布式新能源集群小信号等值建模方法

吴林林; 苏田宇; 卜海棠; 董文凯; 谢小荣; 王潇

doi:10.7500/AEPS20240515021

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

复杂网络下多分布式新能源集群小信号等值建模方法

学术研究 | 更新时间：2025-07-04

- 复杂网络下多分布式新能源集群小信号等值建模方法
- Small-signal Equivalent Modeling Method for Multiple Distributed Renewable Energy Clusters Under Complex Network
- 电力系统自动化 2025年49卷第12期页码：69-78
- 作者机构：
  
  1.华北电力科学研究院有限责任公司，北京市 100045
  2.北方多伦新能源有限责任公司，内蒙古自治区锡林郭勒盟 027200
  3.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学），北京市 100084
- 作者简介：
  
  吴林林(1986—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：新能源调度运行与并网稳定技术。E-mail：wulin226@163.com
  苏田宇(1989—)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：新能源并网系统稳定分析与控制。E-mail：395989578@qq.com
  卜海棠(1979—)，男，工程师，主要研究方向：新能源并网系统运行与控制。E-mail：13084797555@163.com
  董文凯(1992—)，男，通信作者，博士，助理研究员，主要研究方向：电力系统稳定分析与控制。E-mail：dwk@tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  华北电力科学研究院有限责任公司科技项目(KJJ2022091);国家自然科学基金重点支持项目(U22B20100)
- DOI：10.7500/AEPS20240515021
  中图分类号：
- 收稿：2024-05-15，
  
  修回：2024-10-14，
  
  网络出版：2025-05-06，
  
  纸质出版：2025-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
吴林林,苏田宇,卜海棠等.复杂网络下多分布式新能源集群小信号等值建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(12):69-78.

WU Linlin,SU Tianyu,BU Haitang,et al.Small-signal Equivalent Modeling Method for Multiple Distributed Renewable Energy Clusters Under Complex Network[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):69-78.
吴林林,苏田宇,卜海棠等.复杂网络下多分布式新能源集群小信号等值建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(12):69-78. DOI： 10.7500/AEPS20240515021.

WU Linlin,SU Tianyu,BU Haitang,et al.Small-signal Equivalent Modeling Method for Multiple Distributed Renewable Energy Clusters Under Complex Network[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):69-78. DOI： 10.7500/AEPS20240515021.

摘要

分布式新能源与外部电网的动态耦合易对系统小干扰稳定造成不利影响。但是，当前面向多分布式新能源集群的小信号等值建模研究较少，复杂系统稳定分析计算量大、效率低。针对该问题，文中首先通过将新能源机组和负荷等设备导纳模型与电网节点阻抗矩阵联立，构建了多分布式新能源集群接入系统导纳模型。然后，考虑复杂网络拓扑，根据动态耦合强度对新能源机组进行聚类分群，并基于各机群内机组和电网导纳/阻抗矩阵的相似变换，将各机群聚合为一台机组，得到系统小信号等值表示形式；所得等值模型可有效降低系统稳定分析计算量，且在工况变化时易于重构。最后，通过算例仿真验证了所提方法的有效性。

Abstract

Dynamic coupling between the distributed renewable energy and the external grid may adversely affect the small-signal stability of the system. However

at present

the study on small-signal equivalent modeling of multiple distributed renewable energy clusters (DRECs) is deficient

and the stability analysis of complex system is computation-intensive and inefficient. Focused on this problem

the admittance model of multiple DRECs integrated system is firstly built by combining the admittance model of renewable energy generators

loads and other devices with the node impedance matrix of the grid. Secondly

considering complex network topology

the renewable energy generators are divided into several groups based on the strength of dynamic coupling. Via the similar transformation on admittance/impedance matrices of the generators and the grid

each group is aggregated into a single generator. Hence

small-signal equivalent representation of the system is obtained. The obtained equivalent model effectively reduces the calculation amount of stability analysis of the system and is easy to reconstruct when the working condition changes. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified via case studies.

关键词

Keywords

references

王玉庆，徐飞，刘志坚，等 . 基于动态关联表征与图网络建模的分布式光伏超短期功率预测［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 20 ）： 72 - 82 .

WANG Yuqing ， XU Fei ， LIU Zhijian ， et al . Ultra-short-term power forecasting of distributed photovoltaic based on dynamic correlation characterization and graph network modeling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 20 ）： 72 - 82 .

兰天楷，孙华东，王琦，等 . 考虑分布式新能源的有源综合负荷模型［J/OL］. 电工技术学报［ 2024-11-20 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231901 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231901 .

LAN Tiankai ， SUN Huadong ， WANG Qi ， et al . Active synthesis load model considering distributed renewable energy source ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ［ 2024-11-20 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231901 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231901 .

曹文君，张岩，张安彬，等 . 弱电网条件下分布式光伏并网系统谐振机理及影响特性［J］. 电力建设， 2024 ， 45 （ 3 ）： 149 - 159 .

CAO Wenjun ， ZHANG Yan ， ZHANG Anbin ， et al . Resonance mechanism and influence characteristics of distributed photovoltaic grid-connected system under weak grid conditions ［J］. Electric Power Construction ， 2024 ， 45 （ 3 ）： 149 - 159 .

Joint NERC and Texas RE Staff . Odessa disturbance report， Texas events： May 9， 2021， and June 26， 2021 ［R］. USA ： North American Electric Reliability Corporation ， 2021 .

杨秀，胡浩然，李增尧，等 . 风电场交直流并网次/超同步振荡交互影响［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 1 ）： 49 - 62 .

YANG Xiu ， HU Haoran ， LI Zengyao ， et al . Interaction between AC and DC grid-connected sub-synchronous and super-synchronous oscillations in wind farms ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 1 ）： 49 - 62 .

黄锐，兰洲，辛焕海，等 . 基于广义短路比的光伏多馈入系统容量优化方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 147 - 154 .

HUANG Rui ， LAN Zhou ， XIN Huanhai ， et al . Capacity optimization method for multi-infeed photovoltaic system based on generalized short circuit ratio ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 147 - 154 .

邵冰冰，赵书强，高本锋 . 基于相似变换理论的直驱风电场经柔直并网系统次同步振荡简化模型［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4780 - 4791 .

SHAO Bingbing ， ZHAO Shuqiang ， GAO Benfeng . Simplified model for studying the sub-synchronous oscillation of direct-drive wind farms via VSC-HVDC system based on similar transformation theory ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4780 - 4791 .

DU W J ， DONG W K ， WANG H F ， et al . Dynamic aggregation of same wind turbine generators in parallel connection for studying oscillation stability of a wind farm ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 4694 - 4705 .

DU W J ， DONG W K ， WANG H F . A method of reduced-order modal computation for planning grid connection of a large-scale wind farm ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1185 - 1198 .

周瑀涵，王冠中，王康，等 . 用于风电场小干扰稳定性分析的结构保持等值方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 133 - 140 .

ZHOU Yuhan ， WANG Guanzhong ， WANG Kang ， et al . Structure-retained equivalent method for small signal stability analysis of wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 133 - 140 .

DONG W K ， DU W J ， XIE X R ， et al . An approximate aggregated impedance model of a grid-connected wind farm for the study of small-signal stability ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 3847 - 3861 .

刘淇玉，李永刚，王月，等 . 多并网逆变器系统灰箱阻抗辨识与阻抗聚合分析方法［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 11 ）： 92 - 98 .

LIU Qiyu ， LI Yonggang ， WANG Yue ， et al . Grey-box impedance identification and impedance aggregation analysis method for multiple grid-connected inverter system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 92 - 98 .

占颖，谢小荣，柴炜，等 . 风电次/超同步振荡的安全域分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 23 ）： 8446 - 8454 .

ZHAN Ying ， XIE Xiaorong ， CHAI Wei ， et al . Analyzing the security region of sub/super-synchronous oscillation in wind power integrated systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 23 ）： 8446 - 8454 .

LIU H K ， XIE X R ， GAO X D ， et al . Stability analysis of SSR in multiple wind farms connected to series-compensated systems using impedance network model ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 3118 - 3128 .

董文凯，王洋，王海风 . 用于小信号稳定性分析的风电机群单机等值模型［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1241 - 1250 .

DONG Wenkai ， WANG Yang ， WANG Haifeng . Single-machine equivalent model of a group of wind turbine generators for small-signal stability analysis ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1241 - 1250 .

徐振华，李欣然，宋军英，等 . 考虑双馈风电机的配网广义综合负荷建模［J］. 电工技术学报， 2013 ， 28 （ 7 ）： 234 - 242 .

XU Zhenhua ， LI Xinran ， SONG Junying ， et al . Load modeling considering doubly-fed induction generator（DFIG） integrated into distribution network ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2013 ， 28 （ 7 ）： 234 - 242 .

CHASPIERRE G ， DENIS G ， PANCIATICI P ， et al . An active distribution network equivalent derived from large-disturbance simulations with uncertainty ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 6 ）： 4749 - 4759 .

崔晓丹，李威，李兆伟，等 . 适用于机电暂态仿真的大型光伏电站在线动态等值方法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 12 ）： 21 - 26 .

CUI Xiaodan ， LI Wei ， LI Zhaowei ， et al . An online dynamic equivalent method for large-scale photovoltaic power plant suitable for electromechanical transient stability simulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 12 ）： 21 - 26 .

徐新宇 . 分布式光伏电源集群建模仿真与分析［D］. 南京：东南大学， 2017 .

XU Xinyu . Modeling， simulation and analysis of distributed photovoltaic power cluster ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2017 .

叶林，施媛媛，王启亨，等 . 面向暂态分析的分布式光伏集群多步分群与等值建模［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 14 ）： 72 - 81 .

YE Lin ， SHI Yuanyuan ， WANG Qiheng ， et al . Multi-step grouping and equivalent modeling of distributed photovoltaic clusters for transient analysis ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 14 ）： 72 - 81 .

ZHOU Y H ， ZHAO L ， LEE W J . Robustness analysis of dynamic equivalent model of DFIG wind farm for stability study ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 54 （ 6 ）： 5682 - 5690 .

MITRENTSIS G ， LENS H . Data-driven dynamic models of active distribution networks using unsupervised learning techniques on field measurements ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 2952 - 2965 .

ZHENG C ， WANG S R ， LIU Y L ， et al . A novel equivalent model of active distribution networks based on LSTM ［J］. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems ， 2019 ， 30 （ 9 ）： 2611 - 2624 .

谢小荣，刘华坤 . 风电并网系统次/超同步振荡的分析与控制［M］. 北京：科学出版社， 2022 .

XIE Xiaorong ， LIU Huakun . Analysis and control of sub/super-synchronous oscillation in wind power grid-connected system ［M］. Beijing ： Science Press ， 2022 .

陈骁 . 风电接入对电力系统振荡影响的研究［D］. 北京：华北电力大学， 2018 .

CHEN Xiao . Study on the influence of wind power access on power system oscillation ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2018 .

DU W J ， WANG H A B . Small-signal stability analysis of power systems integrated with variable speed wind generators ［M］. Cham， Switzerland ： Springer ， 2018 .

刘威，谢小荣，王衡，等 . 基于频率耦合阻抗模型的并网变流器全工况小信号稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7212 - 7221 .

LIU Wei ， XIE Xiaorong ， WANG Heng ， et al . Frequency-coupled impedance model-based small-signal stability analysis of grid-tied converters under all operating conditions ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7212 - 7221 .

POSTLETHWAITE I ， MACFARLANE A G . A complex variable approach to the analysis of linear multivariable feedback systems ［M］. Heidelberg， Germany ： Springer Berlin ， 1979 .

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

基于电压矩阵的跟网变流器无锁相环控制的本质特征与提升策略

基于缓冲函数和阻尼切换的构网型储能参数自适应调整方法

基于单机模型扩展的直驱风电场通用等值模型构建方法