作为电力电子和新能源并网领域的核心概念，构网型变流器是“领导者”，跟网型变流器是“跟随者”，它们在电网中扮演着截然不同的角色，旨在解决高比例新能源带来的电网稳定性问题，未来，许多变流器将具备双模式运行或混合运行能力，在电网正常时高效跟网运行，在电网需要时切换为构网模式提供支撑。小编整理近两年本刊出版的相关论文，欢迎品读。
单位：1. 新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学电机系)；2. 国网内蒙古东部电力有限公司
摘要：构网型(grid-forming，GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性，同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性，首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系，并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后，基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后，利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明：GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”，能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性，进而改善系统次/超同步振荡稳定性；此外，GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼，但对振荡频率影响较小。
单位：1. 北京交通大学电气工程学院；2. 北京市轨道交通电气工程技术研究中心；3. 国网上海市电力公司电力科学研究院
摘要：虚拟振荡器控制是近年来新兴的逆变器构网型控制方式，相较于下垂控制、虚拟同步发电机控制等现有构网型控制而言，其在动态响应速度与大扰动稳定性等方面具有优势。首先基于已有研究介绍了虚拟振荡器控制的基本原理及现有类型，接着针对虚拟振荡器设计目前缺乏普适性的问题提出了虚拟振荡器控制的统一设计框架及详细设计步骤，并以自行设计的两类虚拟振荡器为例，通过时域仿真验证了所提设计框架的可行性；最后从功率调度能力、抗扰动稳定运行能力以及实际应用能力3方面针对目前限制虚拟振荡器控制技术发展的关键问题进行了梳理与探讨，并给出了解决思路与未来的研究方向。
单位：1.上海电力大学电气工程学院；2.上海电力大学海上风电技术教育部工程研究中心
摘要：准确评估构网型变流器在大扰动下的暂态稳定边界对电力系统安全至关重要。然而，广泛应用的二阶模型因忽略暂态电压动态而导致评估结果不精确。针对该问题，提出一种考虑暂态电压特性的相图轨迹分析方法，通过构建包含电压动态的三阶非线性模型，有效计及暂态过程功率耦合效应，然后阐明稳定与失稳轨迹的演化机理，精确地给出稳定平衡点的吸引域边界，进一步给出定量的暂态稳定判据及一个新的系统强度指标，并揭示了关键参数对暂态稳定裕度和稳定域的影响规律。最后对本文所提方法的准确性和理论分析的正确性进行了实验验证。
摘要：为避免构网型变流器电流过载，通常在电压环与电流环之间设置限幅环节，但该环节会严重影响其暂态特性。为揭示限流策略的作用机理，本文深入研究了变流器在不同限流方式下的暂态稳定性。首先，建立了d轴优先、q轴优先及角度优先限流策略的等效电路，阐明其物理本质。进而，通过分析不同策略对应的电流分量占比，揭示了其影响功角特性及暂态稳定裕度的机制。为提高暂态稳定性，提出一种全域角度优先限流策略，以优化变流器的功角特性。通过对比不同策略，量化分析了线路及限流参数对功角曲线、极限切除时间及吸引域等暂态指标的影响，明确了限流策略对暂态稳定性的关键作用，为构网型变流器限流优化提供理论依据。最后，通过仿真验证了所提策略的有效性。
单位：现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)
摘要：相较于常用的跟网型变流器，构网型变流器（GFM-VSC）凭借其优异的主动支撑能力和弱电网适应能力，能够显著提高电力电子化的新型电力系统的稳定性，目前在系统中接入构网型变流器已成为主流的研究趋势。为支撑构网型变流器的大规模接入，亟需对其开展稳定性分析研究。为此本文提出了一种基于支路能量的GFM-VSC并网系统暂态同步稳定性定量判别指标。首先，考虑GFM-VSC中各控制环节各参数对暂态能量的影响，基于构网型特性规律构建了GFM-VSC并网系统支路能量函数，分析系统故障后处于稳定和失稳两种工况下的支路能量分布特性，并据此构建了GFM-VSC并网系统暂态同步稳定性定量判别指标。最后，通过仿真分析验证了该稳定性判别指标的有效性。
摘要：混合同步控制（hybrid synchronization control， HSC）因在暂态稳定性和电网强度适应性方面优于传统构网型（grid-forming，GFM）控制，近年来受到广泛关注。然而，现有研究中HSC的锁相环（phase-locked loop， PLL）控制器选型尚不统一，且其电压外环（voltage control loop，VCL）通常同样参与对并网点电压q轴分量的调节。当两个控制回路采用不同控制器时，其对系统暂态稳定性的影响机制仍不明确。针对这一问题，首先采用功角曲线法分析了不同控制器对系统暂态特性的影响规律；随后，建立了双回路采用不同控制器时的全阶非线性模型，并基于T-S模糊模型逼近与线性矩阵不等式方法，构建了适用于该非线性系统的Lyapunov稳定性判据，实现了对系统暂态稳定性的定量估计。最后，通过分析不同控制器及其参数对稳定性的影响，并结合PSCAD电磁暂态仿真，验证了所提理论分析结果的有效性。
摘要：构网型新能源电源在故障穿越期间为了在限流的同时维持电压源外特性以支撑电网，常采用虚拟阻抗控制方法。然而，现有固定阻感比的虚拟阻抗控制方法难以灵活控制输出无功功率并提供电压支撑。针对该问题，本文提出了基于自适应虚拟阻感比的构网型变流器故障穿越控制方法，分析了虚拟阻抗的阻感比对有功、无功功率输出特性的影响，计及了暂态电压支撑、电流峰值限制和系统同步稳定三种控制目标，在虚拟阻抗平面上构建了构网型变流器的虚拟阻感比约束边界，进而提出了虚拟阻感比的动态选取方法，从而实现三种控制目标的协同优化。基于PSCAD/EMTDC仿真结果表明，所提方法与现有方法相比，在保证自身安全条件下故障无功出力提升30%以上，显著提升了构网型变流器在故障穿越期间的电压支撑能力。
摘要：针对构网型设备对跟网型设备稳态平衡点存在性的影响问题，首先分别构建纯跟网场景和跟-构网混联场景的等效模型，并推导各场景稳态平衡点存在时需满足的不等式约束条件。随后分别从数学和工程角度解释构网型设备对跟网型设备影响的本质，并分析构网型对跟网型设备支撑效果的影响因素。在此基础上，分析并证明构网型设备故障穿越期间电流达到限幅后电流优先级对跟网型设备稳态平衡点存在性的影响。对于复杂网络模型难以化简为不等式约束、进而难以定量表征稳定边界的问题，基于多元隐函数存在定理，提出适用于复杂网络的稳态平衡点存在性指标。最后通过仿真验证理论分析的正确性及所提指标的适用性。
单位：1.中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院；2.国网河北省电力有限公司
摘要：构网型变流器的输出有功功率可能会发生低频振荡，而传统抑制功率振荡的控制策略会引入额外的稳态有功功率偏差，或者需要依赖附加检测环节获取电网电压角频率。此外，当电网阻抗发生变化时，采用不合适的控制参数亦存在功率振荡的风险。针对上述问题，该文提出了一种基于q轴虚拟功率构造的有功功率振荡抑制控制策略。首先，通过电路分析得出结论，并网点电压的q轴分量包含变流器输出角频率与电网电压角频率之差的信息。基于该结论，利用q轴电压构造出一个虚拟功率，并引入滤波器滤除高频分量对系统的影响。同时，指出构造的功率可以等效为准谐振控制器的输出，输入则为q轴电压。基于复数力矩系数法，分析了提出策略抑制功率振荡的机理。进一步，通过建立小信号模型，说明了所提策略不会改变变流器的有功-频率稳态下垂特性，并给出了关键控制参数的设计方法。最后，根据PSCAD/EMTDC以及硬件在环半实物实验平台的仿真和实验结果，验证了所提控制策略的优势。
单位：1.武汉大学电气与自动化学院；2.综合能源电力装备及系统安全湖北省重点实验室(武汉大学)
摘要：构网变流器应该具有稳定穿越故障的能力。低电压故障时，构网变流器的运行模式受电流限幅策略发生改变，存在故障切除后无法恢复正常运行的可能。目前，电流限幅策略对构网变流器故障恢复的影响机理尚不清晰。基于下垂控制，首先给出了构网变流器正常工作模式与限流模式转换的工作条件。再根据绘制的虚拟功角曲线，进一步分析了在不同电网电压跌落深度和故障恢复功角下的构网变流器工作点运动轨迹。基于理论分析，提出一种有功下垂参数自适应的构网变流器故障恢复策略。最后，仿真结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。
摘要：为兼容当下跟网型和未来构网型远海风场的送出需求,提出一种送端采用由二极管整流器(diode rectifier unit,DRU)和小容量电压源型辅助换流器交流侧单端并联组成混合换流器的低成本直流送出方案。新方案利用常规小容量电压源换流器结合耗能单元和若干快速开关,通过直流海缆复用和快速开关倒闸拓扑重构,在不影响风能向外传输的基础上实现了海上风场黑启动。针对跟网型风场的运行要求,提出一种由辅助换流器同时控制其交流侧和直流侧电压的构网策略,解决了海上交流电网构建、调控和无功平衡等问题;为适应未来构网型风场,提出一种辅助换流器构网-跟网控制模式切换策略,无需进行方案拓扑改造。最后,通过算例仿真,验证了所提方案和控制策略的有效性。
作者：杨银国，袁枭添，陆秋瑜，李佳朋，刘洋，陆艺源，韩金龙，戴耀辉，李宇骏，杜正春
单位：1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心；2.西安交通大学电气工程学院
摘要：针对功率同步控制下的构网型换流器，考虑大扰动下控制模式的切换动态特性，研究构网型换流器的暂态稳定性。首先，建立基于功率同步控制的换流器数学模型，基于切换动力学理论，分别建立恒电压控制模式和限电流控制模式下的切换动态系统方程，将传统基于代数变量的切换模型转换为基于状态变量的切换模型。分析不同控制模式的平衡点稳定性和稳定域，导出不同控制模式间的切换机制，发现系统的“随遇稳定”特性，即系统在遭受大干扰下，可能稳定在恒电压模式也可能稳定在限电流模式。为保证系统在遭受大干扰下能全局稳定至恒电压模式，推导出解析形式的稳定充分条件。基于此，提出2种通过调整饱和电流矢量角度的暂态稳定性提升策略，用于保证恒电压模式下的全局稳定性和提升第一摆暂态性能。数值仿真结果表明理论分析的正确性和所提控制的有效性。
单位：现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)
摘要：针对跟网型风电外送系统中锁相环在短路故障下易失锁引发的暂态同步失稳问题，需揭示失稳机理并提出有效稳定性提升策略。本文从变流器解析模型视角描述了暂态期间系统同步失稳过程，揭示了变流器暂态同步失稳机理并给出稳定性提升策略。首先，基于变流器运行控制原理，推导了跟网型风电外送系统在发生短路故障期间的解析模型，分析了系统发生短路故障后的行为，通过建立故障后输出功率的解析表达式，揭示了系统同步失稳的动态特征。在此基础上，讨论了变流器有功-频率解耦控制的可行性，提出基于电压平均值的恒频有功控制的风电外送系统暂态同步稳定性提升策略，提高了风电外送电力系统的暂态同步稳定性。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真系统进行验证。仿真表明：所建模型准确表征暂态失稳过程、恒频有功控制策略在不同短路类型、故障强度、跟网型控制方式下均比锁相环有着更优越的暂态稳定性。该策略通过重构相位生成环路，有效提升了系统暂态稳定性，为高风电渗透率电网稳定运行提供了技术支撑。
单位：1.中国科学院电工研究所；2.中国科学院大学；3.山东理工大学电气与电子工程学院
摘要：微电网是新型电力系统的重要形态之一。孤岛微电网主动支撑电压频率的能力较弱，现有有功-频率/无功-电压下垂控制、虚拟同步发电机控制（Virtual Synchronous Generator， VSG）等构网变流器控制策略可主动支撑系统电压频率，但同时引入了功率振荡、频率失稳风险。本文针对全变流器型微电网，采用卫星授时信号建立全局同步坐标系，基于构网变流器自身电流-电压下垂关系，提出了电压定相恒频有功电流-电压幅值(Id-Us)下垂控制策略，可使变流器运行于整流、逆变多种控制模式下。建立了单机以及多机微电网系统小信号模型，并进行稳定性分析验证。在Matlab/Simulink平台搭建了孤岛运行的微电网仿真模型，验证基于时间同步的电压定相恒频控制方法的效果。仿真结果表明，微电网内不同位置的构网变流器可输出相位为0°、频率固定为50Hz的电压相量，使电压幅值稳定在设定范围之内，且与VSG相比具有较快的响应速度，无功率振荡问题。所提控制方法可有效构建支撑孤岛微电网电压和频率，同时易于实现不同微电网的柔性互联。