考慮頻率空間分布特性的虛擬慣量配置優化

劉瑞煦，汪 震，吳佳良，趙天陽，單 煜

（1.浙江大學電氣工程學院，浙江省杭州市 310027；2.瑞典皇家理工學院電氣工程與計算機科學學院，斯德哥爾摩 11428，瑞典）

0 引言

頻率穩定是電力系統安全穩定運行的基本要求。然而，大規模基于電力電子設備的新能源接入改變了電力系統的頻率動態特性，同時，其出力不確定性、低慣量等問題使電力系統頻率穩定性進一步惡化［1］。為避免頻率失穩，國家能源局印發的《電力輔助服務管理辦法》［2］對新型電力系統中包括電力電子設備在內的并網主體提出了提供慣量支撐服務的需求。 以虛擬同步機（virtual synchronous generator，VSG）［3］為代表的電力電子調頻控制可以主動響應系統頻率變化，同時提供虛擬慣量支撐，是緩解新型電力系統頻率問題的有效手段之一。但基于電力電子接口的新能源發電特性與傳統電源不同，所提供的虛擬慣量靈活可控，使得務節點的頻率動態特性異質化明顯，加劇了慣量以及頻率的時空分布差異化，對系統頻率分析、控制與保護產生了顯著影響。因此，為保障新型電力系統頻率安全，需進一步考慮新型電力系統頻率空間特性約束，研究電力電子設備虛擬慣量配置問題。

傳統電力系統因慣量充足，頻率變化相對較慢，往往忽略頻率空間分布差異化，可將系統簡化為單節點系統，采用單機轉子運動方程［4］描述系統頻率動態，根據等效單機系統的頻率指標衡量系統穩定性。基于慣量中心（center of inertia，COI）假設，將所有發電機慣量集中于等效COI，用系統慣量之和作為量化系統頻率抗擾動能力的指標之一，并通過提升系統慣量水平改善頻率穩定性［5］。……