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考虑无功功率的同步调相机对锁相环稳定性改善及短路比评估的影响
Synchronous Compensators Considering Reactive Power for PLL Stability Improvement and Short-Circuit Ratio Evaluation
| 作者 | Jorge Suárez-Porras · Fidel Fernández-Bernal · Luis Rouco · Andrés Tomás-Martín |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2025年6月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 跟网型GFL |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 同步补偿器 逆变器资源 无功功率 短路比 锁相环 |
语言:
中文摘要
本文研究了同步补偿器(SC)对基于电网跟随型逆变器的电源(IBR)稳定性的影响,特别关注无功功率的作用。采用商用同步补偿器的全阶仿真模型,以及作为研究模型的双馈感应发电机(以代表最复杂的基于逆变器的电源)。以短路比(SCR)作为关键指标,研究证实了基于逆变器的电源中的锁相环(PLL)对系统稳定性至关重要,并表明同步补偿器注入的无功功率起着不可忽视的作用。研究表明,同步补偿器在小信号稳定性方面的主要影响体现在锁相环在连接点处看到的戴维南阻抗,在同步补偿器的情况下,该阻抗为次暂态阻抗和同步补偿器的无功功率。利用这一概念可轻松计算锁相环特征值的变化。由于经典的短路比衡量方法不能完全体现无功功率对系统稳定性的影响,因此本文提出了一种新的简单线性近似模型,用于在考虑无功功率影响的情况下估算确保系统稳定所需的正确短路比值。
English Abstract
This paper examines the impact of Synchronous Compensators (SC) on the stability of grid-following Inverter-Based Resources (IBRs), with a particular focus on the role of reactive power. Full-order simulation models of a commercial SC and a doubly-fed induction generator as the study model to represent the most complex IBR, are used. Using the short-circuit ratio (SCR) as the key index, the study confirms that the Phase-Locked Loop (PLL) in the IBR is crucial for system stability and shows that the reactive power injected by the SC plays a non-negligible role. It is shown that the main effect of the SC in the small-signal stability aspect is the Thévenin impedance seen by the PLL at the connection point, which, in the case of the SC, is the subtransient impedance and the SC reactive power. This idea is used to calculate the PLL eigenvalues movement easily. A new simple linear approximation model is proposed to estimate the correct SCR value for stability purposes considering the reactive power effect, as it is shown that the classical SCR measure does not fully capture the impact of the reactive power on the system stability.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于同步补偿器(SC)提升锁相环稳定性的研究具有重要的战略价值。随着我司光伏逆变器和储能系统在全球高比例新能源电网中的大规模部署,跟网型逆变器(IBR)的并网稳定性已成为制约新能源消纳的核心技术瓶颈。
该研究揭示了两个关键技术洞察:首一,锁相环(PLL)是影响IBR系统稳定性的决定性因素,这与我司1+X模块化逆变器和储能变流器产品的控制架构直接相关。其二,同步补偿器注入的无功功率对系统稳定性的作用不可忽视,传统短路比(SCR)指标无法完整评估这一影响。论文提出的考虑无功功率效应的线性近似模型,为我司在弱电网环境下的系统设计提供了更精准的稳定性评估工具。
从产品应用层面,这项技术为我司"逆变器+储能+同步补偿器"的混合解决方案提供了理论支撑。在西北高海拔、澳洲偏远地区等弱电网场景,通过优化配置同步补偿器的无功容量,可显著改善我司SG320HX等大功率逆变器的并网性能,降低系统振荡风险。同时,该研究采用的双馈风机全阶仿真模型方法,可直接应用于我司风电变流器产品的稳定性验证。
技术挑战在于如何将理论模型转化为工程化的控制策略,特别是在动态无功补偿与PLL参数的协同优化方面。建议我司中央研究院与电网侧客户联合开展实证研究,将改进的SCR评估方法嵌入我司iSolarCloud智慧能源管理平台,形成差异化的系统稳定性评估能力,这将成为我司在大型地面电站和独立微网项目中的重要竞争优势。