摘要：电力系统振荡稳定性问题由来已久，随着新能源的高比例、大规模接入，因其不确定性、弱惯性特性及其与传统电力系统的交互作用，将给电力系统振荡问题带来新的挑战。宽频振荡是电力系统中一种频率范围较广的振荡现象，可能导致系统不稳定和设备损坏。在新能源接入电力系统中，由于可再生能源的不确定性和变化性，宽频振荡风险识别变得尤为重要。本文结合新能源接入电力系统的宽频振荡风险识别与抑制方法进行分析，以供参考。

关键词：风力发电；光伏发电；电力系统；宽频振荡；识别与抑制；模式谐振

一、新能源接入的电力系统模型

1.1 NEW子系统的数学模型

新能源（NEW）子系统的数学模型通常涵盖了与可再生能源（如太阳能和风能）发电相关的各个方面。以下是NEW子系统的一般数学模型的主要组成部分。

风力发电模型：包括风力涡轮机的数学模型，考虑风速、风向等因素，以描述风力发电机的输出特性。

光伏发电模型：光伏电池的模型，考虑日照强度、温度等因素，描述光伏发电的输出。

能源存储模型：考虑储能系统（如电池、储水能等）的数学模型，描述能源存储和释放的过程。

分布式能源管理模型：NEW子系统内部的能源管理系统，包括能源生产、储存和消费的协调与优化。

1.2 REST子系统的数学模型

REST（Resilient Energy Systems and Technologies）子系统是一个包括传统电力系统组件的系统，与NEW子系统协同工作以提供可靠的电力供应。以下是REST子系统的一般数学模型的主要组成部分。

1.2.1 新能源并网：

功率平衡模型描述整个电力系统的功率平衡，确保新能源发电与电力负荷的匹配。电压和频率控制模型包括电压和频率控制系统的数学模型，以维持电力系统的稳定性。电网拓扑模型描述电网的拓扑结构，包括各个节点和线路，用于分析电力流动和系统拓扑的变化。

1.2.2 同步发电机的线性化数学模型：

同步发电机是电力系统中的核心组件，其线性化数学模型用于进行系统动态稳定性和控制分析。同步发电机动态方程描述同步发电机的动态行为，包括转子和定子的运动方程，以及励磁系统的响应。同步发电机功率方程包括同步发电机的有功功率和无功功率方程，用于分析发电机在电力系统中的功率输出。同步发电机电压方程描述同步发电机的电压动态，考虑电机的感应电动势和电网的电压。

这些数学模型在电力系统的建模和仿真中起着关键作用，有助于理解系统行为、进行稳定性分析以及设计有效的控制策略。具体的数学方程式和参数取决于系统的具体特征和所需的分析深度。

二、基于模式谐振的新能源接入电力系统宽频振荡风险识别

2.1频域分析

使用频域分析方法，如功率谱密度分析、频域响应函数等，来检测电力系统中存在的频率成分。宽频振荡通常涉及多个频率范围，因此频域分析可以揭示系统中的振荡特性。

2.2模态分析

进行系统的模态分析，识别系统的主要振荡模态。特别关注可能导致宽频振荡的模态，例如低频振荡和互振。

2.3小信号稳定性分析

进行小信号稳定性分析，评估系统对小幅扰动的响应。特别注意系统是否表现出振荡特性，以及振荡的频率范围。

2.4模型合适性检验

确保系统的数学模型与实际运行情况相匹配。如果模型不准确，可能导致对振荡风险的误判。因此，对模型的合适性进行检验是关键的一步。

2.5灵敏度分析

进行灵敏度分析，评估系统参数变化对振荡特性的影响。确定哪些参数变化可能引发宽频振荡，以及如何调整这些参数以减小振荡风险。

2.6实时监测和在线诊断

部署实时监测系统，通过在线测量数据进行实时诊断。实时监测可以及时发现系统中的异常振荡，并采取措施防范。

2.7控制策略设计

制定适当的控制策略，以抑制系统中可能出现的宽频振荡。这可能涉及采用2.8场景仿真

利用仿真工具对不同工况下的系统响应进行模拟。特别关注可能导致宽频振荡的操作和环境条件。

三、新能源接入电力系统的宽频振荡风险抑制方法

为了抑制新能源接入电力系统中的宽频振荡风险，可以采取一系列措施，涉及系统建模、控制策略设计和实时监测等方面。

3.1模型修正和验证

收集实地运行数据，包括新能源发电系统的发电输出、电力负荷、电网频率和电压等。这些数据对于建立准确的数学模型至关重要。利用系统辨识方法，通过对实测数据的分析，识别系统的动态特性和参数。系统辨识可以揭示系统的传递函数、模态分布等重要信息。基于新能源发电系统的物理原理建立数学模型。考虑光伏发电的日照、温度等因素，风力发电的风速、风向等因素，以及能源存储和控制系统的动态特性。使用微分方程或状态空间模型来描述系统的动态行为。确保模型能够捕捉到系统的快速变化和互动效应。考虑系统中可能存在的非线性效应，如饱和、截止等。对于新能源系统，非线性效应可能由于天气变化、风速变化等引起。利用实地数据进行参数估计，调整模型中的参数以使模型的输出与实测数据相匹配。使用辨识技术或优化算法进行参数估计。验证模型的合理性，将模型的输出与实际运行数据进行比较。采用统计指标或误差分析来评估模型的拟合程度。进行系统的模态分析，确定系统的主要振荡模态。检查模态的频率、阻尼比等参数，确保系统的稳定性。利用频域分析方法，如Bode图、Nyquist图等，分析系统的频率响应特性。检查是否存在可能引起宽频振荡的频率成分。利用数学模型进行仿真，模拟系统在不同操作条件下的动态响应。比较仿真结果与实际运行数据，验证模型的准确性。进行实验验证，通过在实际系统上进行激励实验，观察系统的实际响应。将实验结果与数学模型的预测进行对比。

3.2频率响应设计

制定控制策略，设计频率响应以抑制系统中可能的宽频振荡。通过合适的控制器调整系统的频率响应，提高系统的稳定性。

3.3控制器参数调整

调整控制器的参数，使其适应新能源接入的电力系统。采用先进的控制算法，如模型预测控制（MPC）等，以提高系统的响应速度和抗扰性。

3.4电力系统稳定器（PSS）的优化

优化电力系统稳定器的参数，以增强系统的低频振荡抑制能力。PSS的合理设计和优化对于稳定系统具有重要意义。

3.5储能系统的应用

引入储能系统，如电池储能、超级电容等，用于调节系统的功率平衡，减缓宽频振荡的发生。

3.6柔性交流输电系统（FACTS）的使用

利用FACTS设备，如静止无功补偿器（STATCOM）、柔性直流输电系统（Flexible DC Transmission System，DFACTS）等，增强系统的稳定性。

结论

综合利用上述方法，可以更全面地识别新能源接入电力系统中的宽频振荡风险，并采取相应的预防和控制措施。实际应用中，工程师可能需要结合具体系统特点和运行情况，采用适当的方法来确保系统的稳定性和可靠性。抑制方法的选择和实施需要根据具体系统的特点、运行情况和要求来确定。在实际应用中，工程师需要结合仿真、试验和实际运行数据，不断优化控制策略，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，新能源接入电力系统的管理和监控也是非常关键的一环。

参考文献：

[1] 电力系统同步振荡与短路故障研究[J].米瑾.机电信息，2012

[2] 电力系统浑沌现象初探[J].宋永华，熊正美，曾庆禹.电网技术，1988