基于导纳稳定容量的新能源并网强度评估

吴林林; 邓晓洋; 郑佳杰; 梁以宁; 郑乐

doi:10.7500/AEPS20241028001

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基于导纳稳定容量的新能源并网强度评估

学术研究 | 更新时间：2025-07-14

- 基于导纳稳定容量的新能源并网强度评估
- Evaluation of Grid-connected Strength for Renewable Energy Based on Admittance Stability Capacity
- 电力系统自动化 2025年49卷第13期页码：43-51
- 作者机构：
  
  1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院，北京市 100045
  2.新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  吴林林(1986—)，男，硕士，正高级工程师，主要研究方向：新能源并网技术及电力系统稳定性分析。E-mail： wulin226@163.com
  邓晓洋(1989—)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：新能源并网技术及电力系统稳定性分析。E-mail： dengxiaoyang126@126.com
  郑佳杰（2001—），男，硕士研究生，主要研究方向：新能源并网技术及电力系统稳定性分析。E-mail：zjj978626117@163.com
  郑乐(1989—)，男，通信作者，博士，主要研究方向：新能源并网技术及电力系统稳定性分析。E-mail：zhengl20@ ncepu.edu.cn.
- 基金信息：
  
  国网冀北电力有限公司科技项目(52018K23000K)
- DOI：10.7500/AEPS20241028001
  中图分类号：
- 收稿：2024-10-28，
  
  修回：2025-02-23，
  
  网络出版：2025-04-17，
  
  纸质出版：2025-07-10
- 稿件说明：
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吴林林,邓晓洋,郑佳杰等.基于导纳稳定容量的新能源并网强度评估[J].电力系统自动化,2025,49(13):43-51.

WU Linlin,DENG Xiaoyang,ZHENG Jiajie,et al.Evaluation of Grid-connected Strength for Renewable Energy Based on Admittance Stability Capacity[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(13):43-51.
吴林林,邓晓洋,郑佳杰等.基于导纳稳定容量的新能源并网强度评估[J].电力系统自动化,2025,49(13):43-51. DOI： 10.7500/AEPS20241028001.

WU Linlin,DENG Xiaoyang,ZHENG Jiajie,et al.Evaluation of Grid-connected Strength for Renewable Energy Based on Admittance Stability Capacity[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(13):43-51. DOI： 10.7500/AEPS20241028001.

摘要

随着新型电力系统中新能源渗透率逐渐升高，电力系统的动态行为发生显著变化，变流器等电力电子设备并网后的系统稳定性分析日益复杂。文中基于元件的特征值灵敏度分析方法提出了考虑变流器控制细节差异的并网强度评估指标。首先，对多馈入系统进行全系统阻抗建模，分析了特征值对具体导纳变化的灵敏度；其次，从新能源并网点变流器导纳最大变化程度的物理本质出发，定义了导纳稳定容量，导纳稳定容量捕获了系统所有元件的动力学特性，可以描述系统的抗干扰能力和新能源并网点的电网强度；最后，通过单变流器连无穷大系统和改进的14母线系统验证了所提指标的有效性。

Abstract

As the penetration rate of renewable energy in new power systems continues to increase

the dynamic behavior of power systems undergoes significant changes

and the stability analysis of the systems becomes increasingly complex after integrating power electronic devices such as converters. Based on eigenvalue sensitivity analysis of components

this paper introduces an evaluation index of grid-connected strength that considers the differences in control details of converters. First

a full-system impedance modeling of multi-feed systems is conducted

and the sensitivity of eigenvalues to specific admittance changes is analyzed. Next

the admittance stability capacity (ASC) is defined

rooted in the physical essence of the maximum variation in converter admittance at grid-connected points of renewable energy. The ASC captures the dynamic characteristics of all system components

and thus describes the anti-interference capability of the system and the grid strength of the grid-connected point for renewable energy. Finally

the effectiveness of the proposed index is verified using a single-converter connected to an infinite bus system and a modified 14-bus system.

关键词

Keywords

references

国家能源局 . 2023年全国电力工业统计数据［EB/OL］.［ 2024-10-23 ］. http：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm http://www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm .

National Energy Administration . 2023 national electric power industry statistical data ［EB/OL］. ［ 2024-10-23 ］. http：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm http://www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm .

张智刚，康重庆 . 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ZHANG Zhigang ， KANG Chongqing . Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

马宁宁，谢小荣，贺静波，等 . 高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

MA Ningning ， XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， et al . Review of wide-band oscillation in renewable and power electronics highly integrated power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

郑泽天，沈沉，严鋆，等 . 直驱风电场多电压源型变流器控制耦合引发振荡的机理分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 17 ）： 14 - 26 .

ZHENG Zetian ， SHEN Chen ， YAN Jun ， et al . Mechanism analysis of oscillations induced by control coupling of voltage source converters in wind farms with direct-driven turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 17 ）： 14 - 26 .

于琳，孙华东，徐式蕴，等 . 电力电子设备接入电压支撑强度量化评估指标综述［J ］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 499 - 514 .

YU Lin ， SUN Huadong ， XU Shiyun ， et al . Overview of strength quantification indexes of power system with power electronic equipment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 499 - 514 .

IEEE guide for planning DC links terminating at AC locations having low short-circuit capacities： IEEE Standard 1204—1997 ［S］. 1997 .

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 .

ZHANG Y ， HUANG S F ， SCHMALL J ， et al . Evaluating system strength for large-scale wind plant integration ［C］// 2014 IEEE PES General Meeting ， July 27-31 ， 2014 ， National Harbor， USA ： 1 - 5 .

Report to NERC ERSTF for composite short circuit ratio（CSCR） estimation guideline ［R］. Schenectady， USA ： GE Energy Consulting ， 2015 .

孙华东，徐式蕴，许涛，等 . 新能源多场站短路比定义及指标［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 497 - 505 .

SUN Huadong ， XU Shiyun ， XU Tao ， et al . Definition and index of short circuit ratio for multiple renewable energy stations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 497 - 505 .

徐政 . 新型电力系统背景下电网强度的合理定义及其计算方法［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3805 - 3819 .

XU Zheng . Reasonable definition and calculation method of power grid strength under the background of new type power systems ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3805 - 3819 .

DAMANIK O ， SAKINCI Ö C ， GRDENIĆ G ， et al . Evaluation of the use of short-circuit ratio as a system strength indicator in converter-dominated power systems ［C］// 2022 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe （ISGT-Europe）， October 10-12 ， 2022 ， Novi Sad， Serbia ： 1 - 5 .

WU D ， LI G G ， JAVADI M ， et al . Assessing impact of renewable energy integration on system strength using site-dependent short circuit ratio ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2017 ， 9 （ 3 ）： 1072 - 1080 .

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 - 928 .

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 - 928 .

袁小明，张美清，迟永宁，等 . 电力电子化电力系统动态问题的基本挑战和技术路线［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1904 - 1917 .

YUAN Xiaoming ， ZHANG Meiqing ， CHI Yongning ， et al . Basic challenges of and technical roadmap to power-electronized power system dynamics issues ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1904 - 1917 .

KUNDUR P . Power system stability and control ［M］. New York， USA ： McGraw-Hill ， 1994 .

WEN B ， BOROYEVICH D ， BURGOS R ， et al . Analysis of D - Q small-signal impedance of grid-tied inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 675 - 687 .

苏晨博，刘崇茹，王瑾媛，等 . 考虑频率耦合特性的D-PMSG复数域阻抗建模及其特征分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 118 - 128 .

SU Chenbo ， LIU Chongru ， WANG Jinyuan ， et al . Impedance modeling of direct-drive permanent magnet synchronous generator in complex field and its feature analysis considering frequency coupling characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 118 - 128 .

GU Y J ， LI Y T ， ZHU Y ， et al . Impedance-based whole-system modeling for a composite grid via embedding of frame dynamics ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 36 （ 1 ）： 336 - 345 .

辛焕海，董炜，袁小明，等 . 电力电子多馈入电力系统的广义短路比［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 22 ）： 6013 - 6027 .

XIN Huanhai ， DONG Wei ， YUAN Xiaoming ， et al . Generalized short circuit ratio for multi power electronic based devices infeed to power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 22 ）： 6013 - 6027 .

辛焕海，甘德强，鞠平 . 多馈入电力系统广义短路比：多样化新能源场景［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5516 - 5527 .

XIN Huanhai ， GAN Deqiang ， JU Ping . Generalized short circuit ratio of power systems with multiple power electronic devices： analysis for various renewable power generations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5516 - 5527 .

辛焕海，刘晨曦，黄林彬，等 . 基于特征子系统的广义短路比导出原理及计算方法［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 7 ）： 2447 - 2461 .

XIN Huanhai ， LIU Chenxi ， HUANG Linbin ， et al . Derivation principle and calculation method of generalized short circuit ratio based on characteristic subsystem ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 7 ）： 2447 - 2461 .

ZHU Y ， GU Y J ， LI Y T ， et al . Participation analysis in impedance models： the grey-box approach for power system stability ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 343 - 353 .

ZHU Y ， GREEN T C ， ZHOU X Y ， et al . Impedance margin ratio： a new metric for small-signal system strength ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 6 ）： 7291 - 7303 .

ZHU Y ， GU Y J ， LI Y T ， et al . Impedance-based root-cause analysis： comparative study of impedance models and calculation of eigenvalue sensitivity ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 38 （ 2 ）： 1642 - 1654 .

FAN L L ， MIAO Z X . Time-domain measurement-based DQ -frame admittance model identification for inverter-based resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2211 - 2221 .

LI Y F ， LIAO Y C ， ZHAO L ， et al . Machine learning at the grid edge： data-driven impedance models for model-free inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2024 ， 39 （ 8 ）： 10465 - 10481 .

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