新能源并网系统宽频振荡分析与抑制

随着以风力发电和光伏发电为主的新能源装机规模与占比的不断提高，新能源并网稳定运行成为新能源持续发展的技术瓶颈。自2009年起，国内外新能源并网系统宽频振荡事故频繁发生，导致新能源脱网、设备损坏、弃风弃光增加等严重后果，其分析与抑制成为世界性难题。

本书围绕新能源并网系统宽频振荡分析与抑制，通过4篇18章的内容探求解决这一问题的理论基础和实践方法。第1篇为换流器小信号建模，分4章介绍了频域小信号建模方法，以及两电平、模块化多电平和晶闸管换流器3类电力电子设备常用基础变换器的阻抗建模等内容；第2篇为新能源发电与直流输电阻抗模型及特性分析，分6章介绍了全功率变换风电机组、双馈风电机组、光伏发电单元、静止无功发生器、常规直流、柔性直流的阻抗模型与特性分析等内容；第3篇为新能源并网系统宽频振荡分析，分3章介绍了新能源场站阻抗建模及特性分析，以及新能源发电经交流、直流送出系统的振荡分析等内容；第4篇为新能源并网系统宽频振荡抑制，分5章介绍了新能源机组、静止无功发生器、常规直流、柔性直流阻抗重塑，以及振荡案例分析等内容。

王伟胜，1968 年生，1996年毕业于西安交通大学电气工程学院，获工学博士学位，现任中国电力科学研究院有限公司总工程师，教授级高级工程师，博士生导师。长期从事风电、光伏等波动性新能源运行控制技术研究，主持攻克了大规模新能源并网运行的连锁脱网、宽频振荡等难题，研发了新能源功率预测与优化调度系统，建成了世界上规模最z大、唯一具备交/直流并网运行工况、拥有新能源机组全部并网性能试验功能的张北试验基地。研究成果应用广泛，有力支撑了我国大规模新能源稳定运行与高效消纳。荣获国家科技进步二等奖3项、省部级科技进步一等奖8项，获授权发明专利18项，出版著作5部，发表论文100余篇，培养博士后、博士和硕士28名。

主要荣誉与兼职有：国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才，国务院学位委员会第八届电气工程学科评议组成员，入选国家百千万人才工程，有突出贡献中青年专家，享受国务院政府特殊津贴专家，中国电机工程学会会士，中国可再生能源学会会士，IEEE高级会员。

序言 1

序言 2

序言 3

前言

首字母缩略语

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绪论

第 1 篇 换流器小信号建模

第 1 章 频域小信号建模方法 13

1.1 电力电子非线性系统线性化 14

1.1.1 非线性模型 14

1.1.2 线性化模型 14

1.2 线性化分析频域描述 16

1.2.1 频域稳态工作点 16

1.2.2 频域线性化分析 19

1.3 非线性环节频域线性化 22

1.3.1 开关过程线性化 22

1.3.2 调制过程线性化 24

1.3.3 Park 变换及 PLL 线性化 25

第 2 章 两电平换流器阻抗建模 29

2.1 工作原理 29

2.1.1 拓扑结构 29

2.1.2 平均值模型 30

2.1.3 控制策略 30

2.2 稳态工作点频域建模 32

2.2.1 稳态工作点频域特性分析 32

2.2.2 主电路频域模型 34

2.3 小信号频域阻抗建模 36

2.3.1 小信号频域特性分析 36

2.3.2 主电路小信号频域模型 40

2.3.3 控制回路小信号频域模型 42

2.3.4 交流端口阻抗模型 47

第 3 章 模块化多电平换流器阻抗建模 51

3.1 桥臂平均值模型 51

3.1.1 MMC 拓扑结构 51

3.1.2 子模块工作原理 53

3.1.3 桥臂等值建模 56

3.2 桥臂回路时域建模 58

3.2.1 桥臂电压和电流特性分析 59

3.2.2 桥臂回路时域模型 64

3.3 稳态工作点频域建模 65

3.3.1 稳态工作点频域特性分析 65

3.3.2 桥臂回路频域模型 70

3.4 小信号频域阻抗建模 72

3.4.1 小信号频域特性分析 72

3.4.2 主电路小信号频域模型 77

3.4.3 控制回路小信号频域模型 79

3.4.4 交流端口阻抗模型 90

第 4 章 晶闸管换流器阻抗建模 93

4.1 工作原理 93

4.1.1 拓扑结构 93

4.1.2 导通原理 94

4.2 主电路时域建模 96

4.2.1 忽略换相影响的时域模型 96

4.2.2 考虑换相影响的时域模型 97

4.3 稳态工作点频域建模 101

4.3.1 稳态工作点频域特性分析 102

4.3.2 主电路频域模型 104

4.4 小信号频域阻抗建模 107

4.4.1 小信号频域特性分析 107

4.4.2 主电路小信号频域模型 113

4.4.3 开关函数小信号频域模型 114

4.4.4 交流端口阻抗模型 125

第 2 篇 新能源发电与直流输电阻抗模型及特性分析

第 5 章 全功率变换风电机组阻抗模型及特性分析 130

5.1 工作原理及控制策略 130

5.1.1 工作原理 130

5.1.2 PMSG 时域模型 133

5.1.3 控制策略 136

5.2 稳态工作点频域建模 138

5.2.1 稳态工作点频域特性分析 138

5.2.2 主电路频域模型 141

5.3 小信号频域阻抗建模 142

5.3.1 小信号频域特性分析 142

5.3.2 小信号频域模型 146

5.3.3 交流端口阻抗模型 151

5.4 宽频阻抗特性分析 153

5.4.1 宽频阻抗频段划分 154

5.4.2 各频段负阻尼特性分析 159

第 6 章 双馈风电机组阻抗模型及特性分析 168

6.1 工作原理及控制策略 168

6.1.1 工作原理 168

6.1.2 DFIG 时域模型 170

6.1.3 控制策略 176

6.2 稳态工作点频域建模 179

6.2.1 稳态工作点频域特性分析 179

6.2.2 主电路频域模型 182

6.3 小信号频域阻抗建模 183

6.3.1 小信号频域特性分析 183

6.3.2 小信号频域模型 188

6.3.3 交流端口阻抗模型 193

6.4 宽频阻抗特性分析 196

6.4.1 DFIG 定子侧—GSC 小信号解耦等效模型 196

6.4.2 宽频阻抗频段划分 198

6.4.3 各频段负阻尼特性分析 202

第 7 章 光伏发电单元阻抗模型及特性分析 214

7.1 工作原理及时域模型 214

7.1.1 工作原理 214

7.1.2 时域模型 216

7.2 稳态工作点频域建模 217

7.2.1 稳态工作点频域特性分析 217

7.2.2 主电路频域模型 219

7.3 小信号频域阻抗建模 219

7.3.1 小信号频域特性分析 220

7.3.2 小信号频域模型 223

7.3.3 交流端口阻抗模型 225

7.4 宽频阻抗特性分析 227

7.4.1 宽频阻抗频段划分 227

7.4.2 各频段负阻尼特性分析 231

第 8 章 静止无功发生器阻抗模型及特性分析 238

8.1 工作原理及控制策略 238

8.1.1 拓扑结构 238

8.1.2 工作原理 239

8.1.3 控制策略 240

8.2 稳态工作点频域建模 241

8.2.1 稳态工作点频域特性分析 241

8.2.2 主电路频域模型 243

8.3 小信号频域阻抗建模 244

8.3.1 小信号频域特性分析 244

8.3.2 小信号频域模型 247