【摘 要】
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大力发展新能源发电技术是加速全球能源结构转型的必然需求,随着电力系统中新能源发电设备渗透率的提升,高比例电力电子化正逐步成为新型电力系统的基本特征之一。与传统电力系统相比,电力电子化电力系统呈现出更复杂的振荡形态,涉及多区域、多类型电源和多时间尺度,且各装备间的耦合作用更加多样化,稳定性问题愈发严峻。对此,本文以含有虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会—国家电网有限公司智能电网联合基金重点项目“含大规模风电的电力系统多时间尺度同步机制和稳定控制研究”,项目号:U1966208,时间:2020年01月至2023年12月； 国家自然科学基金面上项目“电网短路故障下双馈风电基地的大干扰失稳机理与暂态致稳控制技术研究”,项目号:51977019,时间:2020年01月至2023年12月；
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大力发展新能源发电技术是加速全球能源结构转型的必然需求,随着电力系统中新能源发电设备渗透率的提升,高比例电力电子化正逐步成为新型电力系统的基本特征之一。与传统电力系统相比,电力电子化电力系统呈现出更复杂的振荡形态,涉及多区域、多类型电源和多时间尺度,且各装备间的耦合作用更加多样化,稳定性问题愈发严峻。对此,本文以含有虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）和同步发电机（synchronous generator,SG）在内的多类型电源设备并网系统为例,研究了机电时间尺度下电力电子化电力系统的小信号稳定性问题,并提出智能阻尼控制策略以改善系统的稳定性。本文的主要工作内容包括:首先,建立了含VSG并网系统的详细数学模型,包括SG、VSG以及交流电力网络模块。在此基础上,利用特征根法对系统进行了模态分析。结果表明,系统存在失稳风险,并通过仿真验证了模态分析的正确性。其次,为改善含VSG并网系统的稳定性,在VSG和SG上安装了附加稳定器。进一步考虑安装位置和输入信号选择问题以及广域输入信号通信延时问题,对稳定器进行了改进,并推导了其小信号模型。此外,针对多稳定器整定过程中的特征根漂移现象,研究了基于多种群遗传-粒子群混合算法（multi-group genetic-particle swarm hybrid algorithm,MGPHA）的附加稳定器智能参数整定方法。最后,在改进附加稳定器和MGPHA算法的基础上,分别提出适用于单运行模式和多运行模式的智能阻尼控制策略,该策略包括参数初始化阶段和参数优化阶段。在单运行模式场景下,构造了耦合因子和综合评价指标,并在此基础上提出参数初始方法;进一步在参数优化阶段,根据模态分析结果,从改善全局特征根阻尼分配的角度,设计了单运行模式下的稳定性评估指标,并利用MGPHA算法整定了稳定器参数。在多运行模式场景下,基于蒙特卡洛法对单运行模式下的参数计算结果进行了统计分析,完成了参数的初始化;在参数优化阶段,从改善系统稳定性分布的角度,提出了多运行模式下的稳定性评估指标,利用MGPHA算法对稳定器参数进行了整定,并通过时域仿真验证了所提策略的有效性。本文所做工作在改善电力电子化电力系统阻尼特性,增强其安全稳定运行能力方面具有参考价值,同时为含VSG并网系统的振荡抑制策略设计提供理论支撑。
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