电力电子设备

分布式发电、储能及电动汽车等电力电子装置大规模并入配电网，削弱了系统的惯性和阻尼，对电网安全、可靠运行造成较大影响。虚拟同步机技术是实现电力电子装置柔性、灵活并网的先进控制技术，可以使电力电子设备模拟同步电机的外特性，实现分布式电源、储能、电动汽车等装备的即插即用、灵活并网，最终形成配电侧源、网、荷、储的分布式、自适应协同运行机制。

分布式终端接入数量的增加、电力电子设备的广泛应用会给终端通信网带来较大冲击。文章首先分析了终端通信网现状和电能质量感知问题,然后针对性地提出终端通信网络架构,并介绍其具备的功能;在此基础上提出终端通信网智能感知关键技术,主要有大规模终端高效接入技术、终端通信深度覆盖技术以及终端雾状通信技术等;其次,研发智能采集终端,搭建配电网电能质量监测平台,对配电网电能质量进行在线监测;最后,对5G通信技术在电能质量中应用进行了展望和探讨。文章终端通信网架构及智能感知关键技术,可以有效地提升配电网电能质量感知能力,满足终端业务发展需求,具有一定工程应用价值。

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降，对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据，但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题，基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型，提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先，对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(−1, j0)的次数进行估算。然后，在奈奎斯特判据的基础上，利用SISO系统阻抗伯德图进行分析，在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后，基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型，验证了在有无RHP极点的不同场景下，所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

在安全运行方面，电力系统“双高”形态(高比例新能源、高比例电力电子设备接入)、“双新”特征(新设备、新技术广泛应用)日益突出，极端事件扰动频率增加，电力系统运行特性日趋复杂，环境-安全-经济目标相互制约，系统电压、频率调节能力面临严峻考验

随着我国能源转型的深入，风电并网规模不断扩大，基于大功率电力电子设备的直流输电技术快速发展，风电与电网耦合作用产生的次同步振荡现象愈发频繁和复杂。比如张北、上海南汇和广东南澳等柔直工程投运以来，发生了数起振荡事件。振荡问题已成为阻碍风电向主体电源迈进的瓶颈问题，重塑风电机组阻抗特性，提升并网友好性，已成为新能源并网领域的重大基础性课题。

随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升，在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此，结合压缩空气储能良好的有功调节能力，提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先，建立了压缩空气储能的数学模型，分析了质量流量对其输出功率的影响。其次，分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性，提出了基于调节阀的附加阻尼控制器，调整质量流量，进而控制压缩空气储能的输出功率，抑制电网的低频振荡。最后，搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型，验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼，可较快抑制电网的低频振荡，有效提高电力系统的稳定性。

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备，可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响，研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法，对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型，并对ER直流端口采用下垂控制策略，结合传统解耦法，提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算，验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响，对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算，证明ER在系统中可以支撑节点电压，减小系统运行损耗。

随着新能源的快速发展，电力系统“双高”（高比例可再生能源、高比例电力电子设备）特征凸显，系统的物理基础、功能形态深刻变化，给电网安全稳定运行带来挑战。新能源场站需要具备主动支撑能力，拥有接近或高于同步电源的控制特性，支撑系统电压、频率稳定以及提供备用容量。国家电网有限公司华北分部开展新能源场站主动支撑技术研究，深入分析大规模新能源接入对电网的影响，提出了新能源主动支撑技术要求，助力新能源健康有序发展，推动加快构建新型电力系统。

规模化电磁暂态仿真是掌握复杂大电网特性的重要手段。该项成果建立了大型电力系统基础仿真理论，实现了万节点级大型电力系统仿真从毫秒级到微秒级仿真的突破，解决了海量电力电子设备微秒级响应下系统稳定特性暂态仿真难题。

随着新能源和电力电子设备的渗透率不断提高，引起新型电力系统惯量不足和稳定性下降等问题。以光储一体机并网系统为例，提出一种基于虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)的模型预测双环协同优化控制(model prediction double-loop co-optimisation, MPDC)策略。在功率外环方面，根据同步发电机转子频率特性，采用模型预测控制对不同阶段的VSG参考功率进行修正。在内环方面，选取有限集三矢量模型预测电流控制(finite control set-three vector-model predictive current control, FCS-TV-MPCC)实现准确跟踪外环输出参考电压。仿真与实验结果表明，所提控制策略能提高频率跟踪精度，且与传统控制方法相比，在负载发生突变情况下可减小系统频率超调，同时降低频率变化率，从而改善有功调频特性。