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伴随能源变革和电力电子技术的快速发展，大规模可再生新能源通过电力电子设备并入电力系统。同时，柔性交流与柔性直流输电技术的发展及负荷侧的再电气化，有力推动了电力电子设备在电力传输和终端用户侧的大量使用。风、光等新能源发电的快速发展和源-网-荷的核心设备电力电子化，使电力系统朝着“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”（简称“双高”）的趋势发展。图1.18给出了“双高”的一种形式。
图1.18 “双高”电力系统
同步发电机与电网的同步过程由其转矩动态特性和转子运动方程等因素决定，而新能源发电与电网的同步则取决于其所采用的控制策略。新能源发电占比升高带来的连锁故障和新能源的非计划脱网也会降低电力系统的同步运行稳定性。在电网发生故障等情况下，新能源发电因过载能力远弱于同步发电机，需通过切换保护控制以避免变流器损坏，故其暂态特性更是有别于传统的同步发电机。另一方面，由于电力电子装置具有低惯性、多时间尺度响应特性和弱抗扰性等特征，因此相比于同步发电机主导的电力系统，“双高”电力系统的稳定性具有自身的独特性。
表1.1给出了近年来国内外部分电网事故及其发生原因。从表中可以看出，部分事故是由于暂态过程中新能源发电与电网失去同步所导致的，如2016年美国南加州的大规模光伏脱网事故；高比例新能源电力系统也时有发生系统级的暂态同步失稳事故，如2021年欧洲电网“1.8”解列事故，相关报告指出其事故原因与功角失稳相关。也有部分事故是因为风机缺乏低压穿越能力、光伏逆变器不具备故障穿越能力等造成的。
表1.1 近年来国内外部分电网事故及其发生原因
（续）
随着高比例新能源和大量电力电子设备在电力系统中的应用，使得电力系统呈现出一些新型稳定性问题。双高电力系统的新型稳定性问题主要包括：
1）“类机电”的低频振荡。
2）宽频带的电磁谐振/振荡（振荡频率扩展至10 -1 ～10 3 Hz）。
3）新型的大扰动同步稳定及故障后电压电磁暂态稳定。
IEEE/CIGRE于2020年发布了新的技术报告。该技术报告在其原有稳定性分类的基础上新增了变流器驱动的稳定问题和谐振稳定问题，涵盖了电力电子设备和新能源引发的稳定问题，具体如图1.19中右侧虚线框所示。变流器驱动的稳定问题主要是由变流器接口设备控制过程的多尺度特性引起的，其按振荡频率分为慢互作用的稳定性问题与快互作用的稳定性问题。图1.19中的谐振稳定性又分为电气谐振与扭振谐振，其涵盖了风电场等效阻抗与串联电容之间的电气谐振。
图1.19 电力系统稳定性新增分类
需要注意的是，IEEE/CIGRE虽然在2020年提出的新稳定性分类涵盖了变流器驱动的稳定问题，但是仍然存在内涵不够清晰、部分稳定问题分类标准模糊等不足。已有研究对IEEE/CIGRE的新稳定性分类方法开展了改进工作，本书对此问题不进行深入介绍。
一般情况下，新能源发电运行在最大效率跟踪模式，向外输出有功功率，不主动参与电力系统的电压调节。新能源发电的并网特性很大程度上由其变流器主导，而变流器特性又与其控制策略有关。根据变流器控制机理的差异，可划分为跟网型变流器、构网型变流器。
1.跟网型变流器
一种形式的跟网型变流器接入电网的拓扑和控制策略如图1.20所示。其中，跟网型同步单元通过测量并跟踪并网点三相电压 U PCC ，输出锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）参考坐标系的 d 轴角度 θ PLL ，以此生成变流器的脉宽调制信号来控制输出的电流。因此跟网型变流器的电流矢量依赖于电网电压矢量，故该类变流器对外表示为受控电流源，跟网型同步控制也称为电流源型同步控制。
图1.20 跟网型变换器接入电网的拓扑和控制策略
2.构网型变流器
图1.21所示为一种构网型变流器接入电网的拓扑和控制策略。在此控制策略中，构网型变流器根据同步单元输出的频率和角度，主动控制并网点电压向量 U PCC 的幅值、频率和相角，因而表现出电压源外特性，故构网型控制也称为电压源型同步控制。
图1.21 构网型变流器接入电网的拓扑和控制策略
3.不同控制策略下的等效电路
不同控制策略的等效电路如图1.22所示。稳态运行情况下同步发电机输出幅值恒定、频率恒定的电压，其本质上属于电压源。构网型变流器模拟传统同步机的特性，使其自身呈现与传统同步机类似的特性。与采用跟网型变流器的电源相比，由于采用构网型变流器的电源可以作为独立的电源对负荷供电，因此它的组网能力强，且具有良好的弱电网适应性，有利于电力系统保持稳定性。
图1.22 不同控制策略的等效电路
现有研究表明，“双高”新型电力系统的新型稳定性问题也受逆变器和电网之间的阻抗匹配关系影响，当系统阻抗（逆变器等效阻抗和网侧阻抗之和）的实部为负值且超过一定值后，电力系统会出现失稳状态。需要注意的是，目前新能源接入后的电力系统稳定性评估与控制方法还尚处于发展阶段。