← 返回
系统并网技术 ★ 5.0

最大化同步调相机稳定基于逆变器资源电网的能力

Maximizing Synchronous Condensers' Capability to Stabilize Inverter-Based-Resource-Penetrated Grids

作者 Li Bao · Lingling Fan · Zhixin Miao
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年7月
技术分类 系统并网技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 同步调相机 逆变器资源 电网稳定性 电机参数 励磁系统
语言:

中文摘要

同步调相机(SynCons)已在全球范围内基于逆变器的电源(IBRs)渗透的电网中部署,以增强和稳定电网。本文研究了哪些电机参数会影响IBR弱电网稳定性,以及励磁系统是否也发挥作用。研究了四种类型的稳定场景,包括暂态稳定性、几赫兹的振荡、接近9赫兹的振荡以及动态电压稳定性。结果表明,对于不同类型的稳定问题,影响最大的电机参数各不相同。虽然最小化励磁绕组电感(通常是电机暂态电抗 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$X^{\prime }_{d}$</tex-math></inline-formula> 的主要组成部分)可以显著提高暂态稳定性、电压稳定性和低频振荡稳定性,但该参数对相对快速的振荡没有影响。另一方面,最小化转子阻尼绕组电感(通常是电机次暂态电抗 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$X^{\prime \prime }_{d}$</tex-math></inline-formula> 的主要组成部分)可提高9赫兹振荡稳定性,但对其他三种类型的稳定性影响不显著。此外,在任何场景下,励磁系统特性的影响都可以忽略不计。除了仿真研究,我们还展示了运行电抗如何与从终端母线看进去的电机 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$dq$</tex-math></inline-formula> 阻抗相关联,以及同步调相机如何降低等效电网阻抗,从而提高弱电网稳定性。最后得出结论,最小化暂态和次暂态直轴电抗应有助于一系列稳定场景,而在处理交轴暂态电抗时应谨慎行事。

English Abstract

Synchronous condensers (SynCons) have been deployed in power grids penetrated by inverter-based resources (IBRs) worldwide to strengthen and stabilize the grids. This paper examines which machine parameters influence IBR weak grid stability and whether excitation systems also play a role. Four types of stability scenarios are examined, including transient stability, oscillations of a few Hz, oscillations near 9 Hz, and dynamic voltage stability. It is shown that the most influential machine parameter varies for the different types of stability issues. While minimization of field winding inductance (typically the major component of the machine transient reactance, X^ _d ) can significantly improve transient stability, voltage stability, and low-frequency oscillatory stability, this parameter has no influence on relatively rapid oscillations. On the other hand, minimizing rotor damper winding inductance (typically the major component of the machine subtransient reactance, X^ _d ) improves the 9-Hz oscillation stability, but with insignificant influence on the other three types of stability. Furthermore, the excitation system characteristics show negligible influence for any of the scenarios. In addition to the simulation studies, we show how the operational reactances are associated with the machine's dq impedance viewed from the terminal bus and how a SynCon reduces the equivalent grid impedance, thereby improving weak grid stability. Finally, it is concluded that minimization of both transient and subtransient direct-axis reactances should help in a range of stability scenarios, while cautions should be taken when dealing with quadrature-axis transient reactances.
S

SunView 深度解读

作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,阳光电源在高比例新能源接入场景下面临的电网稳定性挑战日益凸显。本论文关于同步调相机(SynCon)稳定逆变器型资源(IBR)渗透电网的研究,为我们理解弱电网环境下的系统稳定机理提供了重要参考。

研究揭示的核心价值在于明确了不同稳定性问题的关键影响因素:降低励磁绕组电感(暂态电抗X'd)可显著改善暂态稳定、电压稳定和低频振荡,而减小阻尼绕组电感(次暂态电抗X''d)则针对性地抑制9Hz附近的快速振荡。这一差异化认知对阳光电源具有双重意义:一方面,在配套同步调相机的新能源电站项目中,我们可基于具体稳定性需求优化设备参数选型,提升系统整体性能;另一方面,更重要的是,这为我们逆变器控制策略的改进指明了方向——通过虚拟同步机技术或网格形成型(GFM)控制算法,在软件层面模拟同步调相机降低等效电网阻抗的效果。

论文发现励磁系统对稳定性影响甚微,这提示我们应将研发资源更多投向逆变器本体的快速响应能力和阻抗重塑能力。当前阳光电源的1+X模块化逆变器架构和先进控制算法已具备技术基础,关键挑战在于如何在不同频段振荡场景下实现自适应参数调节,以及在成本可控前提下集成更强的电网支撑功能。

随着全球电网IBR渗透率持续攀升,能够替代或减少对传统同步调相机依赖的智能逆变器技术将成为核心竞争力。建议加速GFM逆变器的工程化验证,并在储能系统中优先部署具备多时间尺度稳定性支撑能力的解决方案,抢占弱电网场景的市场先机。