2024新能源发电集群分布式稳定控制技术研究报告

这份报告详细讨论了新能源发电集群在高渗透率和弱电网条件下的稳定性问题，并提出了基于无源性理论的分布式稳定控制技术，展示了其在实验中的良好表现。

1. 研究背景：

 - 新能源发电的大规模应用：随着化石能源的枯竭，光伏、风电等清洁新能源越来越受关注，大规模开发利用新能源是实现“双碳”目标的有力手段。

 - 高渗透率新能源发电现状：我国部分地区新能源渗透率已高于100%，超过一些发达国家。

 - 未端弱电网的形成和特点：大量电力电子逆变器设备向电网引入了不可忽略的等效阻抗，导致电网特性呈现非线性变化。

2. 传统并网稳定问题：

 - 跟网型并网模式：大部分并网逆变器采用跟网型并网模式，存在电网阻抗大幅波动导致的稳定性问题。

 - 构网型并网模式：不使用PLL进行电网同步，采用功率自同步控制，但在高渗透条件下存在功率响应慢、经济性差等问题。

3. 新能源发电集群分布式稳定控制技术：

 - 逆变器即插即用特性：不同电源和负荷需要灵活切入切出，增加了运行控制的复杂性。

 - 非线性控制的必要性：并网逆变器是一个复杂的多输入多输出非线性系统，传统线性理论难以适应即插即用带来的非线性变化。

4. 无源性理论：

 - 无源性理论源自能量守恒原理，指出无源系统的零输入响应是稳定的。

 - 端口受控哈密顿方程（PCH）用于无源控制器设计，通过选择哈密顿能量函数作为Lyapunov函数，能够直接证明系统稳定性。

5. 关键技术：

 - 无源控制器环路设计：从单机两相旋转坐标系的控制方程出发，建立PCH模型，设计无源控制律。

 - 非线性观测器环路设计：输出即插即用带来的非线性扰动的估计值，提升逆变器的抗扰能力。

 - 阻尼动态协同环路：实现对系统级阻尼特性的协调控制，自适应地调整阻尼以保证系统良好的动态性能。

6. 实验结果：

 - 验证了所提出的无源控制方案在高电网阻抗情况下的稳定性和动态性能。

 - 展示了采用传统PI控制和所提无源控制的实验结果，证明了所提方案的有效性。

7. 小结：

 - 总结了跟网型控制技术、构网型控制技术以及基于无源性的新能源集群分布式稳定控制技术的重要性和应用前景。

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