混合交直流组网惯量的发生、管理与湮灭
可再生能源发展趋势
国际能源署（IEA）数据显示，2022年太阳能光伏装机容量增长26%，2023年相关基础设施投资达1300TWh，预计2027年将超过燃煤发电，成为最大清洁能源。2030年，仅公共电动汽车充电设施投资需求就高达174亿美元。储能技术方面，机械储能（如抽水蓄能）适用于长时间能量存储，电化学储能（如锂电池）兼顾功率密度和能量密度，适合动态功率输出和持续输出场景。
高比例可再生能源下的挑战
可再生能源波动性强，传统电力系统结构复杂，调节滞后，多种类型能源并存。光伏发电随机性与波动性特征显著，传统电力系统难以应对。多类型能源并网运行关系复杂，需构建具备局部自治与灵活调控能力的组网系统。
储能技术全球趋势
储能系统（ESS）性能从功率密度和能量密度两方面衡量。功率密度表征瞬时输出功率，能量密度表征维持额定功率输出的时间。不同ESS适用于不同场景：飞轮储能适用于高功率输出场景，抽水蓄能适用于长时间能量存储场景，电化学储能兼顾两者。
混合交直流组网架构
混合交直流组网架构中，可再生能源/负载直接连接到对应的AC或DC子网，减少能量转换级数，提高系统整体效率。交直流子网通过互联变换器（ILC）相连，实现子网间功率的灵活调度，减少各子网对本地备用容量的依赖，降低系统构建与维护成本。然而，该架构面临可再生能源功率输出随机性强、电力电子设备降低系统惯量、供需不平衡时频率和电压剧烈变化等挑战。
混合储能产生惯量
混合储能系统（HESS）通过暂态能量分配策略，模拟电容器同步发电机惯量，提供直流系统惯性。电容充放电过程中，电压与电流关系符合指数函数模型。混合储能系统分散式协同调控，提供直流系统惯性模拟同步发电机惯量。
混合交直流组网系统
混合交直流组网系统通过两级式互联变换器连接，分别记为ILC1和ILC2。AC和DC子网通常通过虚拟惯量控制为系统提供惯量支撑，但受限于子网自身功率容量与控制带宽。DS子网可模拟简化的同步发电机，赋予其参与系统整体惯量响应的能力。两级互联变换器控制驱动标幺化的母线电压和频率波动一致，进而管理不同子网的惯量分布。
全局惯量的管理与湮灭
为消除电压和频率不同单位对惯性分析的影响，考虑标幺域下的惯量调节。混合交直流系统的整体惯量为各子系统惯量的加权平均。调节积分下垂系数等效地改变HESS系统的惯量，进而影响全局惯量：正积分下垂系数产生惯量，负积分下垂系数湮灭惯量。系统动态特性刻画验证了参数设置的正确性，关键暂态指标随积分下垂系数变化的时域响应过程表明系统具备良好的动态性能。三边惯量支撑与HESS高/低频功率分解验证了珈岛运行模式下的系统稳定性。
研究结论
混合交直流组网架构通过互联变换器实现子网间惯量交互，混合储能系统通过暂态能量分配策略模拟同步发电机惯量，全局惯量通过调节积分下垂系数进行管理。该架构可有效应对高比例可再生能源接入带来的挑战，提高系统稳定性和灵活性。
