含虛擬慣量的電力系統頻率響應特性定量分析方法

黃林彬, 辛煥海, 黃 偉, 楊 歡, 汪 震

(1. 浙江大學電氣工程學院, 浙江省杭州市 310027; 2. 云南電網有限責任公司調度控制中心, 云南省昆明市 650011)

0 引言

隨著新能源發電、儲能應用、柔性直流輸電等技術的發展,現代電力系統正逐漸演變為以電力電子設備高滲透率為特征的電力電子化電力系統[1-3]。由于電力電子設備與傳統同步發電機具有完全不同的物理結構,如同步發電機具有大慣量的旋轉轉子而逆變器是由電力電子開關器件所構成,因此在電力電子設備逐漸替代同步發電機作為電源的過程中,必然也逐漸地改變電力系統的特征。

其中十分明顯的一點是,傳統電力系統中的頻率由同步發電機的轉子轉速決定,同步發電機的轉子旋轉慣量十分巨大，決定了系統頻率在擾動下(例如有功功率擾動)的波動很小,且該旋轉慣量可以對系統提供有功功率支撐,因此傳統電力系統具有非常好的頻率響應特性[4]。但是隨著電力電子設備滲透率的不斷提高,同步機比例逐漸減小,電力系統逐漸失去了維持系統頻率的“轉子”。由此帶來的后果將是電力系統在擾動下頻率波動變大,頻率穩定性變差,抵御大擾動(如交流短路、直流閉鎖等)的能力大為降低[5]。特別地,當逆變器采用恒功率控制時,可視為一個功率源,此時它無法參與系統的頻率調節或提供頻率支撐[6],從而呈現“不友好”的并網特性。

為了應對這一問題,國內外學者提出了“虛擬同步機”的逆變器控制方式[7-9],旨在利用逆變器靈活可控的特點,通過控制使逆變器具有類似于同步發電機的外特性。……