含可控惯量的交流微电网频率稳定机理及控制方法研究

The total equivalent rotational inertia of power system decreases while new energy penetration is increasing, which makes power system a low inertia and under-damped network. Virtual inertia for frequency stability improvement draws much attention recently, but there are still many issues that require further study and exploration, like multi-dimensional time-variant constraints, quantitative real-time control and frequency stability optimization. The coupling mechanism of multiple time-varying physical constraints will be investigated, then a real-time quantitative control method for virtual inertia will be proposed. This research will explore the optimal strategy of inertia control from the view point of system frequency stability, and further provide theoretical basis and technical support for improving the frequency stability of microgrid system. The research results will play a catalytic role in solving the common core problems in AC microgrid system with controllable inertia, and will further promote the development of key technologies in the large-scale utilization of new energy in China.

新能源的规模化接入将减小系统的等效旋转惯量，使系统表现出低惯量、欠阻尼特性，严重影响所接入电网特别是交流微电网的频率稳定性。通过虚拟惯量提升频率稳定性的方法备受关注，但在惯量物理约束、定量实时控制、频率稳定优化等方面仍存在许多亟待解决的科学技术问题。本项目研究虚拟惯量多重时变物理约束耦合机理，提出兼具鲁棒性和快速性的惯量实时定量控制方法，从系统频率稳定性的角度探索虚拟同步机惯量控制的最优策略，为提高微网系统频率稳定性提供理论基础和技术支撑。项目成果将对解决含可控惯量的交流微电网系统中的共性核心问题起到推动作用，将更加促进我国新能源规模化接入方面的关键技术发展。

新能源的规模化接入将减小系统的等效旋转惯量，使系统表现出低惯量、欠阻尼特性，严重影响所接入电网特别是交流微电网的频率稳定性，同时也成为新能源消纳的重要瓶颈问题。本项目研究虚拟惯量多重时变物理约束耦合机理，提出兼具鲁棒性和快速性的惯量实时定量控制方法，从系统频率稳定性的角度探索虚拟同步机惯量控制的最优策略，为提高微网系统频率稳定性提供理论基础和技术支撑。.首先，项目研究提出了适应微网并离网切换的虚拟同步机物理约束区间求解方法，刻画了多虚拟同步机系统稳定运行域，在此基础上提出了基于虚拟同步储能物理约束的参数在线整定方法，综合考虑了系统交流功率约束、直流功率约束及直流能量约束三者耦合问题，实现了实际工程储能容量的优化配置，显著减小了等同惯量支撑时储能容量设计要求和投资成本。其次，项目研究构建了惯量控制快速/慢速条件下的虚拟同步机差异化模型，提出了一种虚拟惯量实时定量控制方法，解决了虚拟同步储能装置可控惯量实际工程应用的难题，降低了虚拟同步机多机并联时的功角振荡风险。在此基础上，项目研究给出了含可控惯量交流微电网的稳定性分析模型，分析了系统稳定性判据并提出了频率稳定控制方法。.项目研究目标和内容是构建以新能源为主体新型电力系统的重要基础问题，虚拟惯量与阻尼的定量控制和接入电网的频率稳定问题，已经成为规模化新能源接入的关键技术问题。项目成果结合南方电网第一套虚拟同步机系统在东莞供电局客户服务中心成功落地应用，并先后在东莞、珠海、清远等地的陆上风-光-储工程及在珠海桂山海上风电场二期项目试点应用，系统自运行以来，运行状况良好，促进了新能源消纳，具有显著的社会、经济效益和推广应用前景。