浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）副教授刁瑞盛团队在构网型可再生能源稳定性分析与控制设计方面取得新的研究成果，近日发表于电气工程领域国际顶级期刊Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Transactions on Sustainable Energy（TSTE）。论文作者包括第一作者2022级电气工程专业博士研究生孙方圆，唯一通讯作者ZJUI副教授刁瑞盛，其他作者2023级电气工程专业硕士研究生曾睿原、浙江省电力公司张静（ZJUI企业合作导师）和钱建国。

随着可再生能源（RES）接入规模的迅速扩大以及高压直流（HVDC）输电技术的不断进步，现代电力系统正逐渐演变为以电力电子设备为主导的复杂系统。然而，多样化的发电形式与控制策略虽提升了系统的灵活性，却使大电网在安全性和稳定性方面面临更加严峻的考验。跟网变流器作为新能源设备最主要的并网接口，其动态特性将对电压稳定性产生重要影响。

由于时间尺度存在差异，传统电力系统通常将暂态功角稳定与暂态电压稳定拆分为两个独立问题分别分析。然而，在跟网型变流器中，基于锁相环的功角动态时间尺度显著快于传统电网，且与电压动态处于同一时间尺度范围，这使得功角稳定与电压稳定之间的耦合关系显著增强。在此背景下，传统上将两类稳定问题拆分分析的方法已不再适用。本研究基于跟网型变流器的控制逻辑，首次系统分析了多场景下其功角动态对短路故障后电网电压恢复的影响，为新能源大规模并网的稳定性分析提供了理论指导。

▲跟网型变流器并网系统模型

该研究首先融合跟网型变流器的低压穿越控制逻辑与锁相环（PLL）动态特性，推导了不同故障位置下跟网型变流器的功角动态规律：当公共连接点（PCC）发生故障时，变流器相位基本维持稳定；当发生近端故障时，变流器相位呈减速特性；当发生远端故障时，变流器相位呈加速特性。

▲不同故障位置下跟网型变流器功角动态

在此基础上，团队进一步推导了不同故障位置对应的功角动态对故障后电压恢复的影响机制。具体而言：近端故障时，变流器相位呈减速特性，故障后初始电压偏高，且无功功率注入过量，不仅易引发故障后过电压问题，还因有功功率注入不足，可能导致直流侧出现过电压；远端故障时，变流器相位呈加速特性，故障后初始电压偏低，且无功功率支撑不足，不仅使故障后电压恢复速率放缓，还容易引发持续欠电压问题。

▲近端故障下变流器功角动态产生高电压问题

▲远端故障下变流器功角动态产生低电压问题

为规避前述功角动态带来的不利影响，研究团队进一步提出功率-功角解耦低压穿越控制策略，用以优化现有跟网变流器低压穿越控制方案，并进一步从平衡点存在性与暂态同步稳定性两方面，对所提解耦低压穿越控制策略展开分析，防止引入新增安全稳定风险。

▲功率-功角解耦低压穿越控制方法

研究结果表明，所提出的解耦控制策略不仅能有效抑制跟网变流器电压-功角耦合引发的过电压与欠电压问题，还能显著提升其暂态同步稳定性能。

▲所提算法高电压缓解效果

▲所提算法低电压缓解效果

▲所提算法暂态同步稳定改善效果