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中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司 徐春丽
1.1 同步发电机在含有基频干扰情况下的阻抗模式
图1所选柴油机是发动机一种，由下垂转速控制，带动三相同步发电机运行。电机两端的电压所采用的是励磁控制器。对于双极同步发电机组提出了电阻计算方法。
图1 单母线型新能源主导局部电网
同步发电机与三相单相电感滤波器逆变器的等价方式：以逆变器桥臂的点流量与出口压力作为同步发电机的感应电源与电压，以定子电感作为逆变器的滤波电感。基于对同步发电机基频干扰的分析，给出了其定子电枢的小信号模式。据图1计算小信号公式如下：
式中：定子电感电动势小信号干扰量的d和q轴分量、定子电压小信号干扰量的d和q轴分量、定子电流小信号干扰量的d和q轴分量分别使用Δed、Δeq、Δvsgd、Δvsgq、Δisgd、Δisgq代表，系统频率小信号干扰为Δω。
1.2 带基频干扰的逆变器阻抗模式研究
图1显示了一个分布式电力系统，该系统通过一个电流电路与LCL逆变器连接，作为电气电子接口的单位功率因数并网，带基频干扰的逆变器阻抗模式如下。
式中：逆变器端口电压的小信号干扰量的d和q轴分量、电容电压小信号扰动量的d和q轴分量、输出电压的小信号干扰量的d和q轴分量、输出电流小信号干扰量的d和q轴分量分别采用Δvd、Δvq、Δvcd、Δvcq、Δvod、Δvoq、Δiod、Δioq表示；
该式中G1、Gω1、G2、Gω2、G3和Gω3表达式本文略。
2.1 新能源主导局部电网强网弱化特性分析
同步发电机和逆变器的电气参数及稳态功率的改变都会对动态产生一定的影响。探讨了渗透性与网络的削弱和低频振荡的耦合频率不稳定间的关系。在电力系统中，一般采用短路比通来评估电力系统的功率。根据新能源电网容量和网侧等效阻抗可将其修改为：RSCR=SSCSG/PDG=U2PCC/(nPCSIZg)，式中：RSCR是短路情况下的的比率；
SSCSG是指电网短路容量；
PDG是系能源系统的并网功率；
UPCC是并网的电压；
PCSI是单机逆变器的功率，n是逆变器的总数量；
Zg是电力系统中的等效阻抗。渗透系数用于评估新能量来源的功率比，其所得公式为：δpenetration=PDG/(PDG+PSG)=nPCSI/(nPCSI+PSG)。
将上面两个公式相代入，并将PCSI去除，所得到的结果是电网强度和新能源渗透率、电网侧等效阻抗三者的关系为：RSCR=SSCSG/PDG=(1-δpenetration)
U2
PCC/(δpenetrationPSGZg)，可看出电网强度、渗透率、网侧等效电阻有关。根据建立的电力系统阻抗模式，通过对电力系统电源侧电力系统功率的改变，对电力系统的弱化性能产生以下影响：新能量渗透系数的增加。从阻抗原理回比矩阵T=nYCSIZsg可知，当网测等效阻抗随着新能量渗透系数的增大而增大；
减少了网侧同步发电机的发电能力。
为达到碳达峰和碳中和要求，同步发电机的功率随新能量的增加而减小。当同步电机功率下降时，网侧阻抗在50Hz以内的低频振幅逐渐增加，电网强度逐渐减弱。从上述的源网末端电阻特征来看，新能源的通过率越大其阻抗就越低。在功率降低的情况下网侧低频段电阻也会有所上升，而当电网持续下降的状况下，低频段源网阻抗就会有失稳状态。柴油机同步机组本身具备P-f下垂特性，在低频振动的状况下会产生谐波且浮动很大，对于系统稳定性有很大的影响，这就是功率低频振荡耦合频率周期性波动失稳出现的原因。
2.2 强网弱化后衍生低频振荡频率失稳分析
以基波频率扰动阻抗模型为依据而进行研究，能对电网低频失稳原因与后期的预测展开详细的概述，进而形成起以新能源为主的发电体系，涉及到阻抗外特性和基频扰动特征。图2为Bode图，其中频率特征项Tω对下一次比矩阵L的作用。结果表明：由于加入了Tω的频谱特征，qd和qq轴频的特征值在0.1～4Hz范围内都出现了明显的衰减，这就是新引进的Tω对系统的低频带性能产生了重要的作用。因此，在回比矩阵L中Tω反映了频率扰动特性。
图2 考虑Tω影响的回比矩阵L的Bode图
再通过对不同渗透系数下Tω的频谱特征进行了研究，以期揭示出渗透系数增大后的系统的低频失稳机制。在不同工作条件下Tω的Bode图如图3。结果表明，开环增益越低其控制性能越差，频域的响应性能也就越差。新能源电力的渗入使系统调频容量及频率维持能力不断下降，当电网的强度减弱时，频率、电压和电流扰动的相互作用会引起干扰的增大，从而引起低频不稳定。
综上，低调频容量高比例新能源主导局部电网衍生低频振荡频率失稳给目前的研究提出新需求：削弱了耦合机制。当新的能量渗透率增加时，网端调频容量容量减小、保持频率保持能力减弱，而在高渗透率较大的网络削弱时，由于振动和基频的变化会引起低频不稳定，而目前的网络侧等效电感弱网模型不能为研究其耦合机制提供有力的理论依据；
一种以固定基频为基础的阻抗解析结构。利用阻抗分析法对电压干扰进行建模，可对源网端交互引起的宽频振荡进行有效研究。但由小调频或大规模新能源所主导的电网强网削弱后所产生的低频能量不平衡现象，逐渐失去了基本的干扰功能，无法精确地预测稳定。
