新能源电力系统的各种小信号稳定性分析方法的基本原理均是通过在特定工作点附近对系统进行线性化处理,从而揭示系统在小幅度扰动下的动态特性。在众多小信号稳定性分析方法中,阻抗分析法通过增益裕量和相位裕量判据,能够直观地反映系统的频域特性,并评估系统的稳定性。相比于传统的特征值分析方法,阻抗分析法不仅简化了系统模型的构建过程,还能够有效处理系统参数变化后的模型重建问题。并且对于结构和参数不可知的系统,还可以通过第2章介绍的阻抗测量方法构建系统阻抗模型。因此,通过阻抗分析进行新能源并网系统的建模和稳定性分析,能够更有效地解决高比例新能源电力系统中可能出现的小信号稳定性问题。
随着光伏和风电等新能源发电的大力发展,大量电力电子设备接入电网。变流器是新能源发电接入电网的主要电力电子接口元件。相比于传统同步发电机,并网变流器的动态响应特性主要由其控制策略所主导,具有弱“致稳性” [29] 。并且,变流器运行过程中的高频离散式开关操作和不同运行工况控制策略序贯切换也会导致其具有离散性和切换性。这会使得变流器与电网之间存在强的动态交互特性,进而使高比例新能源电力系统面临着与传统电力系统不同的失稳风险。因此,本章将对变流器的阻抗建模进行详细探讨,并介绍不同坐标系下阻抗的转换关系,为本书后面的风电机组阻抗建模和新能源发电系统稳定性分析提供模型基础。
具体内容安排如下:3.2节将分别对考虑内环控制和外环控制的变流器进行阻抗建模。3.3节将探讨逆变器模型的状态空间和阻抗法的转换,具体包括 dq 坐标系和 αβ 坐标系下的阻抗模型转换,以及状态空间方程与 dq 坐标系下阻抗方程的转换。通过这些内容的系统介绍,为后续章节的深入研究奠定了模型理论基础。