弱電網中鎖相環型并網變換器非線性暫態穩定解析分析

熊佳旺，孔 力，葉 華，裴 瑋，韓一江

（1. 中國科學院電工研究所,北京市 100190；2. 中國科學院大學電子電氣與通信工程學院,北京市 100049）

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隨著中國“雙碳”戰略目標的實施,以光伏、風電等新能源為主體的新型電力系統得到迅速發展。同時,電力電子變換器以其靈活控制、促進新能源消納水平等優勢在新型電力系統中得到廣泛應用［1-2］。然而,與傳統同步發電機相比,電力電子變換器具有慣量小、動態過程快且復雜等特點,這給新型電力系統的暫態分析帶來嚴峻挑戰［3］。美國南加利福尼亞900 MW 光伏失穩［4］、2019 年英國大停電［5］、中國新疆哈密風電場的次同步諧振［6］等實際案例表明,對并網變換器系統進行暫態分析是必要的。

并網變換器通過鎖相環（phase-locked loop,PLL）采集公共連接點（point of common coupling,PCC）的電壓并對其進行控制,以維持變換器與交流電網的同步運行。一方面,PLL 的非線性特性使并網變換器與電網間的穩定分析變得更為復雜；另一方面,高比例新能源的接入使外部電網強度降低,呈現出弱電網的特性。因此,亟須開展弱電網環境下并網變換器的穩定性分析。

針對并網變換器的穩定性分析,國內外開展了大量小信號穩定性研究［7-11］,如特征根分析、阻抗分析等。研究結果表明,含PLL 的并網變換器在弱電網系統中具有負阻尼性質,且基于dq坐標變換的PLL 控制器設計可能會導致系統產生共振而失穩［7-8］。小信號模型主要將系統模型線性化以達到可運用線性控制理論分析的目的［9-11］。然而,該簡化過程在小擾動場景下較為精準,但針對大擾動場景,該方法誤差較大,無法描述系統非線性特性,難以獲得精準的穩定判據。……