考虑新能源低穿控制的同步机暂态功角稳定形态与机理探索-西安交通大学 杨松浩

2024高校电自年会交流报告2024年8月兰州研究背景33新能源+同步调相机暂态功角稳定性结论与展望口随着“双碳”能源战略的实施，以新能源发电为代表的口随着“双碳”能源战略的实施，以新能源发电为代表的电力电子并网装备在源-网-荷层面井喷式发展，未来将逐步形成大规模新能源集中送出的新格局。双碳目标下我国电力系统能源结构发展趋势展望(2020-2060)双碳目标下我国电力系统能源结构发展趋势展望(2020-2060)口新能源集中送出系统在口新能源集中送出系统在惯量和短路容量支撑方面的不足，导致宽频振荡、电压和频率越限等问题凸显，给电力系统安全稳定运行带来挑战。系统运行方式多变大容量远距离暂态过电压控制多高比例新能源并网新能源暂态高比例新能源并网抗扰能力弱新型电力系统安全稳定挑战新型电力系统安全稳定挑战时间()时间(秒)口新能源并网研究热点：口新能源并网研究热点：主动支撑能力+构网能力受电力电子器件有限过流能力的约束●新能源+同步调相机可行+现行+过渡方案PPwNf号EPPwNf号E调相机@网侧变流器新能源PWM锁相环受端电网.口截至目前，河北张家口、承德地区已规划分布式调相机37台，容量90万干乏，已投产15个场站21台，容量55万干乏。建立国内首个100%新能源交流汇集系统下的分布式调相机群，预计提升新能源送出能力128.5万干瓦冀北调相机工程实践概况承德轿顶山风电场2×50MVar调相机场站送出能力由40%提升至·年增发电量2.9亿度·减少二氧化碳排放28.9万吨张家口风光储电站·场站送出能力由40%提升至冀北调相机工程实践概况承德轿顶山风电场2×50MVar调相机场站送出能力由40%提升至·年增发电量2.9亿度·减少二氧化碳排放28.9万吨张家口风光储电站·场站送出能力由40%提升至·年增发电量1亿度以上·减少二氧化碳排放9.98万吨当系统遭受大扰动，跟网型风电机组触发及退出低穿控制时，风电暂态输怀低穿深度：1234新能源+同步调相机暂态功角稳定性 UK,+K/APPaa以-三支-三支新能源可等效为两个分别从送端和受端发电机节点发出的电流源，其分配系数仅与暂态分析模型暂态分析模型E.∠6网侧变流器新能源PWM顾相牙4CEE2.2新能源出力及接入位置影响分析新能源对同步机稳定性的影响新能源对同步机稳定性的影响新能源有功出力的增大使同步发电机功角特性曲线下移P4P40新能源接入位置的影响新能源接入位置的影响新能源靠近送端同步机，等效注入送端的电流增大，注入受端的电流减小新能源并网相当于增加相邻同步发电机的机械功率，可显著降低系统静态稳定裕度。新能源越靠近同步机，越不利于其暂态功角稳定性2.3新能源低穿深度影响分析新能源对同步机稳定性的作用机制新能源对同步机稳定性的作用机制仿真验证时间/s一09—0.7—0.5—0.1功率MW功率MW功角/度新能源低穿深度增大，有利于同步机首摆稳定性2.4新能源低穿恢复速度影响分析 (1)恢复速率为(2)恢复速率为₂g(b)第二摆功角特性曲线“(e)第三摆功角特性曲线结论较慢的新能源低穿恢复速度有利于同步机的首摆稳定性，但会增加后续奇数摆失2.5仿真验证低穿深度的影响低穿深度的影响低穿恢复速率的影响低穿恢复速率的影响首摆主导首摆主导西贵交通大学改造的10机39节点系统结论·低穿深度增大，火电机组首摆功角稳定改造的10机39节点系统结论·低穿深度增大，火电机组首摆功角稳定性增强，但不利于多摆稳定性·较慢的低穿功率恢复速度可能会导致多摆失稳风机接入位置距离送端发电机越近，风机出力越大，更容易发生后续奇数摆次失稳。的的时间/时间/12343.1系统建模系统简化拓扑及电路暂态分析模型暂态分析模型S二阶系统数学描述系统方程新能源电流转子运动方程功角特性曲线P=E₁E₂Y₂sin8-Re(E₁I)新能源发电可等效为两个分别从同步调相机和发电机节点流出的电流源，其分配系数仅与网络参数有关，节点注入电流的幅值与新能源总出力成正比。3.1系统建模与“风火打捆”场景的对比与“风火打捆”场景的对比新能源EUAIYl--si西贵文通大学下的勒让德方程，因此二者失稳本质相同，区别在于动力来源不同22同步调相机的全部动力来源为新更接近，因而对新能源动态更为敏感新能源对调相机稳定性的作用机制3.2失稳形态及机理新能源对调相机稳定性的作用机制新能源低穿控制新能源低穿控制功角特性曲线下移计算式：夜本x新能源并网可显著降低调相机静态稳定裕度3.2失稳形态及机理西安交通大学NnsoronaUNivP形态1短路中加速加速面积最大减速面积形态2短路中减速形态2短路中减速680wD加速面积最大减速面积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，但存在两种不同的失稳形态。3.2失稳形态及机理西安交通大学形态1:短路中加速形态1:短路中加速短路中减速P小车内的弹簧在被压缩时储存势能，释放后则转变为动能P3.3影响因素分析西通大拳11高惯量的调相机暂态功角稳定性更强；新能源功率大规模、长距离地输送对调相机的暂态功角稳定性不利。调相机惯量的影响调相机惯量的影响惯量变化时功角曲线调相机惯量的影响调相机惯量的影响惯量变化时功角曲线d电气距离的影响电气距离变化时功角曲线电气距离的影响P起可→→3.3影响因素分析西安交通大学22深度低穿控制策略对调相机的暂态功角稳定性不利；随着新能源有功恢复速率的减慢，稳定性会先降低后提升P启RPh低穿深度影响88003.3影响因素分析33增设同步调相机可以显著增加以电压安全或短路比为约束的新能源出力极限，但会引入新的 影响因素灵敏度分析否是2新能源+同步发电机暂态功角稳定性3新能源+同步调相机暂态功角稳定性口“新能源+同步发电机”与"新能源+同步调相机”系口“新能源+同步发电机”与"新能源+同步调相机”系统在动力学意义上具有一致性。新能源输出可等效为同步机的“机