清华新闻网3月24日电 近期，清华大学耿华教授PEACES课题组博士生何长军发表的论文“含电力电子发电装备的低惯量电力系统暂态稳定研究”（Transient Stability of Low-inertia Power Systems With Inverter-Based Generation）获得2022年度《IEEE能源转换汇刊》（IEEE Transactions on Energy Conversion）最佳论文奖，且在所有获奖论文中排名第一。同时，何长军也获得了2022年度优秀审稿人称号。

图1.最佳论文奖公示界面

随着新能源发电技术的快速发展，大量以电力电子变流器为接口的新能源发电装备替代传统同步发电机（SG）接入电力系统。这类电力电子发电设备（IBG）在电网故障下容易发生暂态失稳现象，导致该发电设备从电网切除，这将严重危害电力系统的稳定运行。同时，与传统同步发电机的大惯量特性不同，这些电力电子发电装备具有较低的惯量，此类设备的大量接入将会导致电力系统惯量降低，由此引发电力系统频率波动加剧。现有关于电力电子发电装备的暂态稳定研究均假设电网频率恒定（50/60Hz）。然而，未来低惯量电力系统中电网频率的变化使得电力系统的暂态稳定问题更加复杂，其暂态失稳机理未知。

图2.表征低惯量电力系统的简化结构

图3.改进等面积定则判定系统的暂态稳定性

针对这一问题，该论文建立了表征低惯量电网的简化结构，如图2所示，由电力电子发电装备和传统同步发电机共同作为电力系统的发电来源。推导得出了描述系统暂态稳定动态过程的“相对功率-相对频率”模型，基于该模型从能量的角度揭示了低惯量电力系统的暂态失稳机理。其一，IBG和SG惯量不匹配可能导致加速失稳和减速失稳两类不同的失稳形态；其二，相对角度和相对频率在故障时刻会发生跳变，从而带来系统能量的突变；其三，IBG的非线性特性给暂态同步稳定模型引入了余弦阻尼项，该阻尼项被证明具有减少系统能量的特点，有利于系统恢复稳定。采用改进的等面积定则方法（参见图3），提出了严格保守的判据用于判定系统的暂态稳定性。该论文还进行了仿真实验以验证结论的正确性。论文研究内容为认识未来低惯量电网的暂态稳定性并进行稳定性分析和评估提供了指导。

《IEEE能源转换汇刊》（IEEE Transactions on Energy Conversion）是IEEE电力与能源协会（IEEE Power＆Energy Society）旗下期刊之一，内容涉及将任何种类的能源（如机械、化学和太阳能）转化为电能或者电能转化为其他种类能源的电气设备的发展、设计、操作、建模、分析、诊断和控制。

供稿：自动化系

编辑：李华山

审核：郭玲

2023年03月24日 14:30:58