清華新聞網(wǎng)3月24日電 近期，清華大學(xué)耿華教授PEACES課題組博士生何長(zhǎng)軍發(fā)表的論文“含電力電子發(fā)電裝備的低慣量電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究”（Transient Stability of Low-inertia Power Systems With Inverter-Based Generation）獲得2022年度《IEEE能源轉(zhuǎn)換匯刊》（IEEE Transactions on Energy Conversion）最佳論文獎(jiǎng)，且在所有獲獎(jiǎng)?wù)撐闹信琶谝?。同時(shí)，何長(zhǎng)軍也獲得了2022年度優(yōu)秀審稿人稱(chēng)號(hào)。
圖1.最佳論文獎(jiǎng)公示界面
隨著新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，大量以電力電子變流器為接口的新能源發(fā)電裝備替代傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)（SG）接入電力系統(tǒng)。這類(lèi)電力電子發(fā)電設(shè)備（IBG）在電網(wǎng)故障下容易發(fā)生暫態(tài)失穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致該發(fā)電設(shè)備從電網(wǎng)切除，這將嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的大慣量特性不同，這些電力電子發(fā)電裝備具有較低的慣量，此類(lèi)設(shè)備的大量接入將會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)慣量降低，由此引發(fā)電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)加劇?，F(xiàn)有關(guān)于電力電子發(fā)電裝備的暫態(tài)穩(wěn)定研究均假設(shè)電網(wǎng)頻率恒定（50/60Hz）。然而，未來(lái)低慣量電力系統(tǒng)中電網(wǎng)頻率的變化使得電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題更加復(fù)雜，其暫態(tài)失穩(wěn)機(jī)理未知。
圖2.表征低慣量電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)
圖3.改進(jìn)等面積定則判定系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性
針對(duì)這一問(wèn)題，該論文建立了表征低慣量電網(wǎng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，如圖2所示，由電力電子發(fā)電裝備和傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)共同作為電力系統(tǒng)的發(fā)電來(lái)源。推導(dǎo)得出了描述系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過(guò)程的“相對(duì)功率-相對(duì)頻率”模型，基于該模型從能量的角度揭示了低慣量電力系統(tǒng)的暫態(tài)失穩(wěn)機(jī)理。其一，IBG和SG慣量不匹配可能導(dǎo)致加速失穩(wěn)和減速失穩(wěn)兩類(lèi)不同的失穩(wěn)形態(tài)；其二，相對(duì)角度和相對(duì)頻率在故障時(shí)刻會(huì)發(fā)生跳變，從而帶來(lái)系統(tǒng)能量的突變；其三，IBG的非線(xiàn)性特性給暫態(tài)同步穩(wěn)定模型引入了余弦阻尼項(xiàng)，該阻尼項(xiàng)被證明具有減少系統(tǒng)能量的特點(diǎn)，有利于系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。采用改進(jìn)的等面積定則方法（參見(jiàn)圖3），提出了嚴(yán)格保守的判據(jù)用于判定系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。該論文還進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證結(jié)論的正確性。論文研究?jī)?nèi)容為認(rèn)識(shí)未來(lái)低慣量電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性并進(jìn)行穩(wěn)定性分析和評(píng)估提供了指導(dǎo)。
《IEEE能源轉(zhuǎn)換匯刊》（IEEE Transactions on Energy Conversion）是IEEE電力與能源協(xié)會(huì)（IEEE Power＆Energy Society）旗下期刊之一，內(nèi)容涉及將任何種類(lèi)的能源（如機(jī)械、化學(xué)和太陽(yáng)能）轉(zhuǎn)化為電能或者電能轉(zhuǎn)化為其他種類(lèi)能源的電氣設(shè)備的發(fā)展、設(shè)計(jì)、操作、建模、分析、診斷和控制。
供稿：自動(dòng)化系
編輯：李華山
審核：郭玲
