低短路比场景下新能源场站构网跟网变流器容量配比估算-

浙大电气工程学院低短路比场景下新能源场站构网/跟变流器容量配比估算邮箱：X博士教授1.1新能源接入系统存在稳定问题事件后果新疆哈密次同步振荡切除风电百余次，引发大型特高压直流停运风险2016年南澳洲大停电(新能源富集地区与主网失步)重大社会影响与经济损失青海新能源送出受限全年弃电超40亿千瓦时(6000万人1个月用电量)3等组织均对短路比和系统强度制定技术规范。年N年NASSESSMENTGUIDELINESmnaEGridintegrationofrenewablermergy系统闭环特征方程与SCR的显函数关系等价变形系统闭环特征方程与SCR的显函数关系等价变形基于短路比的稳定判据基于短路比的稳定判据SCR>CSCR短路比越小，系统越不稳定5路比电网的耐受能力(电网灵敏度太大，失稳),典型值1.3~2.2,工程上CSCR≈1.5短路比短路比SCR构网装备同步机介构网装备同步机介AVR电压支撑I₂0Iθθʃ■短路比再认识：稳定视角下短路比初心是反映灵敏度提升至SCR₁所需比例变压器阻抗XT容量SGFM跟网型变流器单机系统估算简单，多场站/多馈入系统接入场景超级复杂!GFM控制构网装备构网装备同步机sabcAVRPpm旧的减速面积P有功功率阶跃—Pe故障下→电压源特性'Pmp0ga02交流电网无穷大母线1风电场1风电场2无穷大母线k风电场2风电场i风电场i风电场j跟网设备构网设备风电场j2.2低压构网装备配置方案■■方案1:在220kV母线上构网设备风电场j跟网设备构网设备风电场j跟网设备构网设备风电场j2.3配比问题挑战■■挑战1:设备-电网间交互作用复杂，跟网设备和构网装备强异构，系统强度难以解析■挑战2:构网-跟网设备配比和系统强度关系难以解析，求解系统稳定裕度的配比困难强异构cOLLEGEOFEL建模分析口口建模分析口口NAU电网侧(区域B)RQRQ3.2基于广义短路比的系统强度量化方法■强度量■强度量化基础：1)新能源多场站系统可近似分解为多个单馈入子系统；2)基于最容易失稳的等效子系统，定义出电网广义短路比gSCR和装备临界短路比；3)计算电网广义短路比和装备临界短路比，形成基于广义短路比的量化方法和稳定判据。广义短路比方法系统强度量化方法多场站可解耦规律广义短路比方法系统强度量化方法多场站可解耦规律模态解耦稳定性等价广义短路比(网络和装备容量相关)gSCR(Spλ(Sp'B)装备临界短路比(与装备参数相关)装备耐受度SCR₀计算装备电网分离电网强度系统强度/稳定裕度量化强度/稳定判据3.2基于广义短路比的系统强度量化方法：多端口交流电网的电压/电流(或电压/无功)最大灵敏度，反映装备群中心到等效电网中心的电气距离Sʙ₃△I₃(s)周璃涵，辛焕海，鞠平.基于广义短路比的多馈入系统强度量化原理与方法：回顾、探讨与展望[J].中国电机工程学报，2023,43(10):3794-3811.3.2基于广义短路比的系统强度量化方法单装备/场站所需要的电网最小短路比，跟网型装备对低短路比电网的耐受能力(电网灵敏度太大，失稳),典型值1.2~2.5,工程上CSCR≈1.53.3广义短路比量化方法的特点和优势■■借助广义短路比，装备/场站临界短路比等于系统其他短路比无此性质其他短路比无此性质推广推广3.3广义短路比量化方法的特点和优势全电力电子场景：基于宽频灵敏度矩阵定义的广义短路比，考虑了电力电子设备支撑，短路比=短路容量/设备容量短路比=短路比=?SCR=?仍然存在网络电压/电流灵敏度反映系统强度3.3广义短路比量化方法的特点和优势■全电力电■全电力电子场景：基于宽频灵敏度矩阵定义的广义短路比，考虑了电力电子设备支撑，能表征系统强度；传统指标基于短路电流，电力电子短路电流与系统强度关联弱。0gSCR=3.090IEEE39节点算例改造为全电力电子系统基于广义短路比的系统强度判据仿真验证有效新能源基地柔性直流送出系统小扰动电压支撑强度评估，电工技术学报，2023.n广义短路比计算R(Sg,B)全最小特征值(S-'B)广义短路比计算zz风电机组1Z风电机组2Z风电机组2ZZ风电机组n未配置构网装备，gSCR不满足要求；加入构网装备改变电网，提高gSCR。Z风电机组n风电机组1内电抗Z变压器支路等效阻抗ZrInEZ风电机组n一E.广义短路比的关系四目WR的关系3.5构网占比计算公式的关系成比例配比配比公式3.6构网配比估算方法■■针对三种配置方案，基于配比公式和流程，可将广义短路比从gSCR₀提升至gSCR₁■配比公式简洁、实操性强，具有严谨的理论依据，方便用于指导实际规划和运行配比估算流程配比估算流程需求确定确定风场的配始gSCR₀二、多场站配比问题及挑战三、多场站配比估算方法五、结论与展望cOLLEGEOFEL裕度保证系统小干扰稳定方案1:改造构网风机■在保证■在保证系统潮流解存在的最基本前提下，即电网广义短路比的初始值满足gSCR₀≥1.0■将广义短路比从1.0提升至1.5或2.0的配比典型值，保证最恶劣条件可以满足工程需求估算构网装备支路总阻抗Z:0.13~0.18pugSCR预期值配比方案2:加装低压构网装备在220kV母线加装构网装备在35kV母线加装构网装备配比gSCR预期配比96538L₃996538L₃9个个L₂5跟网设备构网设备方案1:改造构网风机仿真验证改造容量初始短路比改造后短路比效果算例1迅速恢复，裕度较高算例2持续振荡，裕度较低00—v—V₆——Ve0容量配比典型值有效(a)改造6.6%构网型风电机组容量配比典型值有效算例2改造1.3%构网型风电机组方案2:加装构网装备仿真验证算例算例3算例4算例5场站1、2配比场站3、4配比从1.0提升至1.1从1.0提升至1.3从1.0提升至1.5效果功率波形等幅振荡功率波形缓慢收敛功率波形迅速收敛方案3:改造和加装混合方案仿真验证p.u.)p.u.)算例算例6算例7算例8场站1、2配比场站3、4配比从1.0提升至1.1从1.0提升至1.3从1.0提升至1.5效果功率波形等幅振荡功率波形缓慢收敛功率波形迅速收敛一、研究背景二、多场站配比问题及挑战三、多场站配比估算方法五、结论与展望cOLLEGEOFEL生△月■■广义短路比到1.5:(1)35kV母线加装比例≤8.0%~11.1%,约≤10%;(2)改造风电的比例≤6.6%~8.5%,约≤8%;(3)集中安装的比例■广义短路比提升到2.0:(1)35kV母线加装比例≤16.8~23.3%,约≤20%;(2)改造风电比例12.9%~16.3%,约≤15%;(3)集中安装的比例■考虑了分散式配置构网装备，是典型参数下的结论技术按最新进展考虑),但具有一定的工程参考价值。方案额外加装构网装备改造构网风机总配比交流电网无穷大母线1交流电网无穷大母线1风电场2风电场ik[6]Assesingstrengthofmulti-Infee[8]Identificationofgeneralizedshort-circuitratiof[10]ImpactsofgridstructureonPLL-Synchronizationstabilityofconverter-Integratedp[15]含