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以光伏、風(fēng)電為代表的新能源發(fā)電是緩解能源危機(jī)、降耗去霾的有效途徑。逆變器作為能量轉(zhuǎn)換接口在大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)中得到廣泛運(yùn)用，對并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響不容忽視。隨著并網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗的交互作用愈加顯著，從而引發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，表現(xiàn)為各種振蕩失穩(wěn)現(xiàn)象。

這些振蕩現(xiàn)象廣泛存在于大規(guī)模光伏、風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)，近年來，國內(nèi)外已出現(xiàn)多起這類穩(wěn)定性問題，其振蕩頻率從10~1000Hz不等。

不同于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)振蕩問題，這種由逆變器引起的振蕩和機(jī)械系統(tǒng)沒有任何聯(lián)系，其頻率和衰減率由逆變器控制參數(shù)和交流電網(wǎng)參數(shù)共同決定，且比次同步諧振發(fā)散得更快，應(yīng)引起足夠的重視。因此，研究并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗交互失穩(wěn)機(jī)理及阻尼策略，具有十分重要的理論和工程實(shí)用價(jià)值。

對這種穩(wěn)定性問題最普遍的解釋是電網(wǎng)阻抗較大時(shí)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)整體阻尼不足，阻尼是系統(tǒng)受到擾動后阻礙狀態(tài)變量振蕩的作用，是系統(tǒng)固有的一種特性，其大小和方向直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

有學(xué)者將電力電子化系統(tǒng)類比到傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，嘗試用類似功角運(yùn)動的二階微分方程來解釋逆變器的動態(tài)行為。有學(xué)者認(rèn)為電力電子化電力系統(tǒng)的動態(tài)問題呈現(xiàn)多時(shí)間尺度特征，并指明了這類動態(tài)問題的一般思路。

有學(xué)者得出了忽略直流電壓環(huán)控制下并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的RLC等效電路，用電阻正負(fù)來解釋系統(tǒng)振蕩的機(jī)理。有學(xué)者在此基礎(chǔ)上加入功率環(huán)推導(dǎo)，得到了相同的結(jié)論，然而用簡單的電阻正負(fù)為判據(jù)具有很大的保守性。

有學(xué)者得出諧振頻率附近逆變器的負(fù)電導(dǎo)特性是導(dǎo)致系統(tǒng)次同步振蕩原因的結(jié)論。有學(xué)者通過研究單電流環(huán)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)證明，振蕩的產(chǎn)生機(jī)理是因系統(tǒng)在振蕩頻率附近阻尼不足。

上述研究一定程度解釋了并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)振蕩的產(chǎn)生機(jī)理，但仍具有較大保守性或忽略了直流電壓環(huán)。

針對這類失穩(wěn)問題，國內(nèi)外已有一些改善措施。有學(xué)者分別提出基于阻抗重塑、超前滯后補(bǔ)償、自適應(yīng)控制等方法抑制振蕩，以上方法主要是通過改變電流環(huán)控制來提高相位裕度從而提升電流控制阻尼效果，但對包含直流電壓控制的逆變器交互失穩(wěn)現(xiàn)象效果并不明顯。有學(xué)者通過反饋直流輸入電流至電壓環(huán)輸入形成有源阻尼，提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但由于其反饋電流中含直流分量，作用類似下垂控制，在阻尼交互失穩(wěn)現(xiàn)象同時(shí)將影響系統(tǒng)靜態(tài)工作點(diǎn)。

武漢大學(xué)電氣與自動化學(xué)院的研究人員針對新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中存在的并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗交互失穩(wěn)問題，首先，建立逆變器小信號模型，分析了并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗交互失穩(wěn)機(jī)理；其次，提出包含直流電壓環(huán)的阻尼振蕩策略，并分析了其提升并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用機(jī)理；然后，通過理論分析證明該策略能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)逆變器適應(yīng)電網(wǎng)電感范圍有2~3倍的提升，且能夠極大地提升逆變器穩(wěn)定控制參數(shù)域；最后，通過硬件在環(huán)仿真對所提出的策略進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

研究人員最后得出結(jié)論如下：

1）交互失穩(wěn)是由直流電壓環(huán)與電網(wǎng)阻抗交互導(dǎo)致阻尼為負(fù)造成的。

2）阻尼策略通過在直流側(cè)串并聯(lián)虛擬電感電阻，從而達(dá)到提升系統(tǒng)整體阻尼、提升系統(tǒng)穩(wěn)定性、抑制功率振蕩的效果。

3）阻尼策略能提高并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性，且極大地提升逆變器穩(wěn)定控制參數(shù)域。

此外，由于本阻尼策略是基于提升系統(tǒng)阻尼的反饋控制，理論上對于多逆變器系統(tǒng)同樣適用。

以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2上，論文標(biāo)題為“并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗交互失穩(wěn)機(jī)理及阻尼策略”，作者為汪春江、孫建軍 等。