2024年新型电力系统的五大动态特性概述报告

新型电力系统五大动态特性概述

核心观点与问题提出

新型电力系统由于电源种类多样化，传统的同步机主导电力系统的动态特性划分方法已不再适用。IEEE提出的新的分类方法逻辑不够严密，因此提出了新型电力系统五大动态特性的分类方法，以更直接和方便地指导电力系统的规划和运行。

新型电力系统五大动态特性

1. 广义同步稳定性：包括传统同步机之间的同步稳定性、同步机电源与非同步机电源之间的同步稳定性以及非同步机电源之间的同步稳定性。
2. 电压稳定性：只考虑电网中电流电压的基波分量。
3. 频率稳定性：只考虑电网中电流电压的基波分量。
4. 宽频谐振稳定性：在基波工作点上的线性化系统的动态特性，宽频范围。
5. 短路电流新特性：只考虑电网中电流电压的基波分量。

广义同步稳定性

• 交流电网运行条件：所有电源必须是同一频率。
• 同步机电源的同步机制：由转子运动方程、机械功率方程和发电机电磁功率方程确定，外部表现集中反映在电网遭受扰动后的“同步机三阶段响应特性”上。
• 非同步机电源的同步机制：以电压源换流器为例，由换流器的交流侧输出方程和描述同步信号获取的方程确定。
• 广义同步稳定性的失步类型：包括同步机之间的功角失步、非同步机电源的锁相失败失步或PSL失步、非同步机电源控制系统时延过长导致的等效失步，每种类型又可分为小扰动和大扰动下的失步。

电网任意点电压支撑强度

• 戴维南等效原理：从电网中任意点看向电网，可以将整个电网用戴维南等效电路表示。
• 电压支撑强度的定义：维持接入点电压模值接近于接入点空载电压的能力，用电压刚度 \( K \) 刻画，取值范围是 [0,1]。
• 电压刚度计算实例：通过计算戴维南等效阻抗来确定电压刚度，正常态下电压刚度为1，故障态下为0。

频率支撑强度

• 频率支撑强度的概念：包括惯量支撑能力和次调频能力。
• 非同步机电源的频率支撑能力：早期投运的非同步机电源通常按照最大功率跟踪控制，对电网频率稳定性无支撑作用；必须改变控制方式，使其输出功率与电网频率发生耦合。
• 频率动态响应曲线：通过电网在遭受大扰动后的频率动态响应曲线来描述惯量支撑和次调频能力，常用参数包括频率变化率（RoCoF）、频率最高/最低点和稳态频率偏差。
• 非同步机电源惯量支撑强度：通过等效惯量提升因子 \( H \) 刻画，计算扰动初始阶段电网中某节点的频率变化率，反映非同步机电源惯量支撑控制投入后对全网等效惯量的提升作用。
• 非同步机电源一次调频能力：用频率偏差因子 \( \beta \) 度量，通过稳态频率偏差下降因子 \( D \) 刻画，反映非同步机电源一次调频控制投入后对电网稳态频率偏差的降低作用。

研究结论

新型电力系统的动态特性需要从广义同步稳定性、电压稳定性、频率稳定性、宽频谐振稳定性和短路电流新特性五个方面进行综合分析和研究，以更好地指导电力系统的规划和运行。非同步机电源的惯量支撑和次调频能力对电网频率稳定性至关重要，需要通过控制方式优化和等效惯量提升来增强其支撑能力。