弱电网

国家发改委、国家能源局等多部门发文:支持构网型储能技术研发与工程示范;选择典型场景应用构网型控制技术;研究完善储能价格机制和财政金融政策，等相关文件对于构网型储能的定位:显著提高新能源接入弱电网的电压、频率等稳定支撑能力，大幅提升风电光伏大基地项目输电通道的安全稳定送电能力;具备主动支撑电网电压、频率、功角稳定能力

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势，近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能，以全功率直驱风机为研究对象，总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点，在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后，综合不同工况下的仿真结果，得到了总体性能最优的控制策略。

基于MMC（模块化多电平换流器）的高压直流输电广泛应用于大规模新能源外送，然而MMC控制器的惯性滞后特性可能带来小信号稳定性问题。首先，分析同步发电机的机械惯性，类比提出适用于MMC控制器的惯性二阶统一表达式。然后，基于MMC闭环控制器的动态特性和惯性滞后特性，提出连接弱电网的MMC控制器的小信号稳定性判据。最后，通过对双侧MMC并网系统的仿真分析，验证了所提稳定性判据的正确性。

弱电网下并网逆变器的鲁棒性较差、谐波较大，而模型预测控制十分依赖系统参数，这限制了其在弱电网中的应用。针对以上问题，提出适用于NPC（二极管中点钳位）型三电平并网逆变器的数据驱动型V-MFPC（基于虚拟电压矢量的无模型预测控制）策略。首先通过不同的开关序列构造大量虚拟电压矢量，然后利用代价函数预选降低控制算法的计算负担，最后选择合适的开关序列寻优抑制中性点电压波动。仿真结果表明，所提策略能有效抑制中性点电压波动和并网电流谐波，并具有较好的参数鲁棒性。

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态，在直流侧使用恒定电压源，一定程度上影响小干扰稳定性分析。文中主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先，分析新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件，论证并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之，建立考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间(harmonic state-space,HSS)阻抗模型。其次，在不同电网强度下，通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析，揭示电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后，分析锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。最后，理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下，锁相环与电网呈现强交互作用，降低了系统的小干扰稳定性，且考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。

针对在弱电网下直驱风电机组引起的次同步振荡（subsynchronous oscillation，SSO)现象，提出基于一阶总扰动偏差控制的微分前馈线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection control，LADRC），采用全改进LADRC控制策略抑制SSO现象（“全”是指电压外环、电流内环以及 PLL 锁相环3个环节都采用相应的控制）。首先，建立直驱风电机组并网数学模型；其次，结合风电机组并网系统对改进LADRC控制器进行设计并对其进行特性分析，该控制器相较于传统LADRC，不仅减小系统的跟踪误差且抗干扰性能更强；最后，通过PSCAD/EMTDC仿真软件将本文策略与全PI、全传统LADRC进行仿真对比。结果表明：相较于全传统LADRC，本文方法在降低1.62%超调量的同时，缩短0.129 s系统调节时间，有效抑制SSO现象并且具有较好的适应性。

电压源型双馈风电机组通过采用虚拟同步机控制这种典型的构网型控制方式，可以为电网提供一定的阻尼与惯性，而在电网发生电压跌落故障时，其可能会出现与同步机相似的功角稳定问题。首先，借助等面积定则分析电网电压发生三相对称跌落时，网侧转差功率与变功率给定值对暂态功角稳定性的影响。同时为使变功率给定控制策略在暂态期间适应网侧变流器动态变化，提出了一种基于暂态功角前馈的虚拟同步机控制双馈风电机组稳定性优化方法。将功角偏差量通过前馈的方式补偿暂态过程中虚拟同步机的不平衡转矩，加速功角越过暂态期间平衡点后的减速过程。通过暂态功角曲线的加减速面积确定前馈系数的选取范围，在保证功角收敛的情况下维持电压源型控制穿越故障。最后，通过仿真与硬件在环实验平台验证上述理论分析的正确性及优化方法的有效性。

在实际工程应用中，分布式电源大量入网使得弱电网阻抗的变化不能再被忽略，为提高并网变换器对电网阻抗变化的鲁棒性，提出一种提高正负阻尼分界频率的改进的有源阻尼控制策略。分析得出数字控制延时对系统稳定性的影响机理，为了消除延时对有源阻尼效果的负面影响，对阻尼控制环节插入相位补偿器进行优化设计，使得正负阻尼分界频率提高到接近奈奎斯特频率。设计与电网阻抗宽范围变化相匹配的反馈系数，解决了阻抗变化造成谐振频率偏移的问题，实现了并网变换器在弱电网下对电网阻抗的高鲁棒性。通过分析LCL谐振频率在奈奎斯特频率内变化时系统的性能，可知采用该方法时系统能保持稳定。研究结果表明，所提有源阻尼控制策略在弱电网阻抗变化的适应性上有了明显提升。最后，通过仿真和实验结果验证了所提策略和参数设计对实现弱电网高鲁棒性的有效性。

新能源汇集经柔性直流输电（voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC）技术送出是促进新能源消纳的有效方式。但新能源渗透率的持续增加导致电网强度不断下降，采用传统跟网型（grid-following，GFL）换流技术已无法满足系统稳定运行需求。为提高系统弱电网适应性，满足大规模新能源接入弱同步支撑柔直系统应用场景需求，提出在柔直系统送端换流站采用VSG控制策略。首先，建立整流侧控制小信号数学模型，利用根轨迹法深入研究虚拟阻抗对系统稳定性的影响。其次，提出利用交流电压变化率及电压差值等电气量构建虚拟电抗自适应调整项的改进VSG控制算法，在保证系统等效阻抗呈感性的同时，可提高送端交流系统的等效短路比，达到改善系统整体性能的效果。最后，通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证所提控制策略的有效性。

新能源并网逆变器的自同步电压源控制技术对构建以新能源为主体的新型电力系统具有重大意义，然而当弱电网电压发生跌落时，传统的自同步控制方法在低电压穿越（low voltage ride through，LVRT）过程中会出现由于电网阻抗大、相角差大等引起的瞬态电流冲击大、弱电网电压无法维持稳定、电压-电流控制能力须相互平衡等一系列问题。推导了低电压跌落时弱电网电压矢量与弱电网阻抗、并网电流之间的关系以及影响因素，进而提出了一种基于暂稳态阻抗重塑的多状态跟随自同步电压源LVRT控制方法，通过稳态阻抗来平衡电压和电流之间的控制能力；通过暂态阻抗重塑保证了整个过程的电压与电流瞬态控制与平滑过渡能力。为了进一步保证弱网下跌落和恢复过渡过程的平滑切换与稳定运行，提出了基于多状态跟随的暂态控制策略，优先发出无功支撑电网电压，并补偿相角和幅值突变带来的瞬态过电压和过电流冲击，帮助电网电压平稳过渡。最后，在Matlab/Simulink中验证了所提控制方法的正确性与有效性。