研究背景与思路
在中国构建以新能源为主体的新型电力系统背景下，系统稳定性面临严峻挑战，主要体现在新能源发电波动性、电力电子设备低惯性与弱阻尼、控制切换复杂化以及故障连锁反应等方面。本研究直面新型电力系统稳定机理演变、问题解决及应对措施等核心问题，采用理论分析、数值仿真和工程实证相结合的方法，设计了新能源单机+无穷大系统、“新能源+同步机”双机系统、含同步机和新能源的多机系统、全电力电子系统四类场景进行研究。
变流器控制结构与并网特性
电力电子设备主要分为跟网型和构网型两种，其控制结构和并网特性存在显著差异。跟网型设备需跟踪电网电压相位，在故障时通过低电压穿越控制提供无功支撑，但易受弱电网影响导致同步失稳；构网型设备自主生成相位，能直接提供电压支撑，但受过流能力限制。两种设备在频率支撑、电压支撑和等效电路方面也表现出不同特性。
新型电力系统稳定机理及演变规律
在单机无穷大系统中，跟网/构网型变流器均存在同步稳定性、电压稳定性和宽频振荡问题。同步稳定性方面，跟网型易发生小扰动失稳，构网型易发生大扰动失稳；电压稳定性方面，跟网型存在反复进退低穿控制和故障恢复过电压问题，构网型存在非全相运行过电压问题；宽频振荡方面，跟网型易发生次超同步振荡，构网型易发生低频振荡。双机系统分析表明，随着新能源出力增加，系统主导失稳模式将从功角失稳演变为持续低穿、功角失稳和锁相失稳。多机系统分析进一步验证了总出力增加、同步机开机容量占比减小、新能源出力占比增加均会导致系统稳定性下降。全电力电子系统场景下，同步稳定和电压稳定问题更为严峻，需通过优化控制策略和配置能量来源提升稳定性。
稳定性提升措施与工程实践
为提升新型电力系统稳定性，可采取以下技术措施：提升变流器抗扰及主动支撑能力，增强电网阻尼，利用变流器快速响应能力提供主动支撑；优化各类稳定性提升措施，包括传统措施如减小传输阻抗、配置无功补偿等，以及新增措施如构网型控制技术、新能源主动降功率控制、稳控切机等。管理措施方面，应规划建设实稳定基础，包括完善电源结构、构建坚强柔性电网、科学安排储能建设、提升负荷调节能力等；维持稳定运行，包括提高计算分析精度、适应源荷波动、升级故障扰动三道防线体系等；市场机制引导稳定资源配置，通过价格信号引导多类型稳定资源提升辅助服务性能。
研究结论
新型电力系统传输网络仍将以交流电网为主，稳定性分析可围绕功角稳定、电压稳定、频率稳定及宽频振荡四方面进行。变流器接口设备的稳定特性通过控制塑造，并受硬件物理特性和一次能源能量特性影响。双高背景下，系统稳定性演化规律为：系统总出力增加、同步机开机容量占比减小、新能源出力占比增加会导致稳定裕度减小，主导失稳模式将依次变为同步机功角失稳、新能源电压高低穿越失稳、锁相环同步失稳，系统电压稳定与频率耦合更加紧密，故障引发连锁反应风险显著增加。理论上，新型电力系统稳定问题均可通过技术措施解决，但措施落实复杂，直接影响系统建设进程。
