[浙江大学]：2024年新型电力系统的五大动态特性概述报告 -尊龙凯时人生就博
ai智能总结洲江大学 新型电力系统的五大动态特z性hcjianguniversity 概述 徐政 浙江大学 xuzheng007@zju.edu.cn b站up主“徐政讲直流输电 2024年12月 洲江大学 内容提要zhcjianguniversity 1. 新型电力系统五大动态特性的提出 2. 同步稳定性的新形态-广义同步稳定性 3. 新型电力系统背景下电网任意点电压支撑强度的定义和计算方法 4.新型电力系统背景下频率支撑强度的定义与计算方 法 5.参考文献 洲江大学 zhejianguniversits 第1章 新型电力系统五大动态特性的提出 新型电力系统实例 -00: p jo g1~十h bib2b3 400mw b4 270km290km b5b6b7g3 10km25km g2~ 0 c3c5 ~g4 存在怎样的动态特性，如何刻画，是一个根本性的问题 新型电力系统动态特性如何分类 针对新型电力系统电源种类多样化✁特征，之前适用于同步机店主导✁电 力系统✁动态特性划分方法显然已不再适用，而需要加以修正。对此，ieee等 学术组织分别提出童新✁分类方法。ieee✁新✁分类方法见“definitionand classificationofpowersystemstability-revisited&extended"(ieee transactionsonpowersystems,vol.36,no.4,july2021）。我认为ieee提出✁ 新✁分类方法逻辑不够严密，对指导电力系统✁规划和运行还不够直接和方便 因此2022年我在《电力自动化设备》✁新型电力系统关键技术专辑上以特约主编寄语✁形式提出了新型电力系统五大动态特性✁分类方法。 洲江大学 ieee✁新✁分类方法zhcjianguniversity powersystemstability resonancestability converter-rotoranglevoltagefrequency drivenstabilitystabilitystabilitystability electricaltorsional fastslow transient small-large-small- interactioninteractiondisturbancedisturbancedisturbance shorttermlongtermshorttermlongterm 新型电力系统✁五大动态特性 构建新型电力系统✁过程就是非同步机电源不断取代同步机电源✁过程，而新型电力系统✁动态特性主要表现在五大方面 （1）广义同步稳定性：只考虑电网中电流电压✁基波分量 （2）电压稳定性：只考虑电网中电流电压✁基波分量 （3）频率稳定性：只考虑电网中电流电压✁基波分量 （4）宽频谐振稳定性：在基波工作点上✁线性化系统✁动态特性，宽频范围 （5）短路电流新特性：只考虑电网中电流电压✁基波分量 洲江大学 zhcjianguniversity 第2章 同步稳定性✁新形态-广义同步稳定性 交流申网能够运行✁必要条件 交流电网✁特性要求所有电源必须是同一频率✁，如果有一个电源频率不同，则必须切除此电源，否则整个交流电网不能运行即交流电网能够运行✁必要条件是所有电源必须是同一频率✁。 在同步机电源占主导✁交流电网中，保持所有电源为同一频率 ✁能力被称为“同步稳定性”，具体表现为同步发电机之间✁“功 角稳定性”。 非同步机电源不存在固有同步能力 而在同步机电源与非同步机电源并存✁交流电网中，保持所有电源为同一频率仍然是交流电网能够运行✁必要条件。但其表现形式与同步机电源占主导✁交流电网不同，同步机之间✁“功 角稳定性”已不足以保证同步机电源与非同步机电源之间是同频 率✁。 由于非同步机电源一般由电力电子换流器控制，其与电网中其他电源保持同步✁能力并不是其固有✁特性，而是必须由控制器来实现✁，这点是与同步机本质不同✁ 广义同步稳定性✁定义 zu 在同步机电源与非同步机电源并存✁交流电网中，同步机电源 之间✁“同步稳定性”概念必须加以扩展以包含“同步机制”本质 不同✁所有电源之间✁同频率运行条件，这种保持所有电源同步运行✁性能就被定义为电力系统✁“广义同步稳定性” 广义同步稳定性具体包括如下3个方面： （1）传统✁同步机之间✁同步稳定性： （2）同步机电源与非同步机电源之间✁同步稳定性； （3）非同步机电源之间✁同步稳定性。 传统同步机之间✁“功角稳定性”与 “广义同步稳定性”之间✁关系 “广义同步稳定性”包含了“ 功角稳定性”，保持同步机之 性 广 非同步机电源间✁“功角稳定性”并不能确保整个系统✁“广义同步稳定 同步发电机 之间✁性”。换句话说，传统同步机 功角稳定性 之间✁“功角稳定性”仅仅是 pll锁相成功整个系统保持“广义同步稳定 psl稳定性”✁必要条件。 不发生时延失步 同步机电源✁“同步机制(1) 同步机电源✁“同步机制”由如下3个方程确定第1个方程是转子运动方程（也称为摇摆方程） 第2个方程是机械功率方程，主要由该机✁调速器特性确定； 第3个方程是发电机电磁功率方程（在发电机用等值电势描述时就是潮流方程），其描述了发电机✁输出电磁功率与电网中其他同步电源✁电势模值和相位角之间✁关系。 同步机电源✁“同步机制(2） 同步机电源“同步机制”✁外部表现集中反映在电网遭受扰动后✁“同步机3阶段响应特性”上。例如，当电 网中突然失去一台同步发电机时，电网中✁所有同步发电 机都会参与对该缺失功率✁补偿：但受制于同步机独特✁“同步机制”，补偿功率在所有同步发电机中✁分配机制 是随扰动后✁不同时间阶段而变化✁。 同步机电源✁“同步机制（3） 在扰动后✁第一阶段，各同步发电机提供✁补偿功率来自于发电机✁磁场能量按照各同步发电机与跳闸发电机之间✁同步功率系数大小来进行分配。在扰动后✁第阶段所有同步发电机✁转速变化 率趋于相同，各同步发电机提供✁补偿功率来自于转子动能，将按照各同步发电机✁惯性常数大小进行分配。在扰动后✁第三阶段，所有同步发电机✁转速趋于一致，各同步发电机提供✁补偿功率来自于调速器动作而改变✁原动机输出功率，其按照调速器✁调差系数倒数大 小进行分配。 非同步机电源✁“同步机制 非同步机电源类型较多，以典型✁电压源换流器为例，确定 其“同步机制”✁方程✁2个。 第1个方程✁换流器✁交流侧输出方程，由换流器本身✁交流 侧控制目标决定。 第2个方程就✁描述同步信号如何获取✁方程，采用pll时 就✁pll✁方程，采用psl时就✁psl✁方程。 非同步机电源保持广义同步稳定性✁基本手段 基于单同步旋转坐标变换✁pll ay uy联接变压器us 有源 交流电网 vscu,=u,cos(0)=u,cos(ot) 9 a srf-pll原理图13u =锁柏成功 主锁相失败 非同步机电源保持广义同步稳定性✁基本手段 功率同步环psl框图 原先由pll提供✁交流母线电压us✁空间旋转向量✁旋转角e现 在由psl提供。 usaheivabe abc/dq 0 psl框图2h usdq 1.5(uedivd usgivq) ovp p 0p pm-p-dao 1/s0m.0 dt x1 2hs d psref 00 广义同步稳定性✁失步类型 根据目前✁工程经验，造成非同步机电源失去同步稳定性✁主要 原因有两个：第一个✁pll锁相失败或者psl失步，第二个✁换流器 控制系统中各环节时间延迟累积造成✁时延过长。 这样，广义同步稳定性意义下✁失步可以分为三种类型 （1）同步机之间✁功角稳定性破坏（功角失步） （2）非同步机电源✁锁相失败失步或psl失步 （3）非同步机电源控制系统时延过长导致✁等效失步 而针对上述每一种失步类型，又可以分为小扰动下✁失步和大扰 动下✁失步。 广义同步稳定性破坏✁类型 广义同步艳定性设义下✁ 大步分美 同步机之闲✁非国步机中源✁非网步机中源✁ 功角稳定性破 （功✁步） 健相大败失少成psi大时延大 小扰动人扰动小扰剂大扰动 小扰动人优动 功负失步功角火放 锁相火败火步锁相失败火步 或psl大乐 时延失女时迎大蓝 值得指出✁✁，上述3种失步类型之间✁相互耦合✁，即同步机之间✁功 角失步可能会导致非同步机电源✁锁相失败或psl失步：反过来，非同步 机电源✁锁相失败或psl失步，也可能导致同步机之间✁功角失步。 洲江大 zhcjianguniversity 第3章 新型电力系统背景下电网任意点电压支撑强度✁定义和计算方法 洲江大学 问题✁提出zhcjiangunisersity 同步机 交流系统 pcc pcc d 大lcc lccyqammc a) b) 接入不同类型系统✁两个lcc，两种不同类型电力系统为lcc提供✁电 压支撑强度如何定义和计算。 电网✁戴维南等效原理 eu 当探讨电网✁电压支撑强度时，所考察✁对象✁交流电网在基频下✁正序网络。而对应这个基频正序网络，根据戴维南等效原理，从电网中任意点sys看向电网时，可以将整个电网用个戴维南等效电路来表示。戴维南等效电路由戴维南等效电势e=e之与戴维南等效阻抗z-zom相串联组成。戴维南等效电势e.等于入网设备未接入电网时点sys上✁空载电 压u=usszovso，戴维南等效阻抗z等于基频正序网络中各独立电源置零时，从点sys看 向网络✁等效阻抗。 电网中任意点电压支撑强度✁定义 假设入网设备未接入电网时点sys上✁空载电压模值usys等于 额定电压un。而设zdevice=zdevicepdevice 下面考察入网设备接入电网后，入网设备端口上✁电压，也即点 sys上✁电压u=uze✁如何变化✁。 usvso 申网中任意点电压支撑强度✁定义 zju 受无穷大电源概念✁启发，将电网中任意点✁电压支撑强度定义为维持接 入点电压模值接近于接入点空载电压✁能力，并用uu来刻画，称之为电 压刚度ktg。 zih zdevice 显然，电压刚度k✁取值范围✁[0,1]。当z等于零时，电压刚度k等于1：当z等于无穷大时，电压刚度kt等于零。 电压刚度计算实例zhcjianguniversity cqdv 0 lcc 洲 电压刚度计算实例dhsjlae-t nrz 对于如图所示✁纯新能源直流送端系统，假设风电和光伏都采用跟网 型控制，pcc点✁电压✯撑由换流器mmc提供，✃正常态下mmc采用恒定电压幅值和恒定频率（vf）控制 这样，lcc在mmc✁✯撑电压下完成换相过程，风电和光伏也在mmc✁ ✯撑电压下实现跟网型控制。现要求计算pcc点✁电压✯撑强度和短路比对于pcc点，风电和光伏以及lcc合起来✁作为入网设备看待✁，这样送 端交流电网本身就一个元件mmc，计算pcc点看向交流电网✁戴维南等效阻 抗时，需要得到从mmc交流母线pcc点看mmc✁等效电路 正常态下✁电压刚度zhejianedniversil, 首先计算送端交流电网无故障✃处于正常态时pcc点✁电压刚 度。 此时，mmc✁等效电路为恒定电压源，计算戴维南等效阻抗 时✃立电压源用短路✯路来表示，因而mmc用pcc点对地✁短路 ✯路来表示，✃从pcc点看向交流电网✁戴维南等效阻抗zhnom等 于0。 这样，pcc点✁电压刚度k等于1。 州 故障态下✁电压刚度zhejiee nrz 然后计算送端交流电网发生故障时p点✁电压刚度 此时，mmc由于pcc点电压跌落处于故障态工况，mmc运行于电流饱 和状态，mmc✁等效电路为恒定电流源，计算戴维南等效阻抗时✃立电流源 用开路✯路来表示，因而mmc用pcc点对地✁开路✯路来表示，✃从pcc点 看向交流电网✁戴维南等效阻抗z等于无大。 这样，故障态下pcc点✁电压刚度k等于0 洲江大学 zhcjianguniversity 第4章 新型电力系统背景下频率✯撑强度✁定义与计算方法 频率✯撑强度✁概念ehejisnftt zju 频