电力电子设备

分布式发电、储能及电动汽车等电力电子装置大规模并入配电网，削弱了系统的惯性和阻尼，对电网安全、可靠运行造成较大影响。虚拟同步机技术是实现电力电子装置柔性、灵活并网的先进控制技术，可以使电力电子设备模拟同步电机的外特性，实现分布式电源、储能、电动汽车等装备的即插即用、灵活并网，最终形成配电侧源、网、荷、储的分布式、自适应协同运行机制。

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降，对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据，但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题，基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型，提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先，对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(−1, j0)的次数进行估算。然后，在奈奎斯特判据的基础上，利用SISO系统阻抗伯德图进行分析，在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后，基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型，验证了在有无RHP极点的不同场景下，所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升，在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此，结合压缩空气储能良好的有功调节能力，提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先，建立了压缩空气储能的数学模型，分析了质量流量对其输出功率的影响。其次，分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性，提出了基于调节阀的附加阻尼控制器，调整质量流量，进而控制压缩空气储能的输出功率，抑制电网的低频振荡。最后，搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型，验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼，可较快抑制电网的低频振荡，有效提高电力系统的稳定性。

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备，可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响，研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法，对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型，并对ER直流端口采用下垂控制策略，结合传统解耦法，提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算，验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响，对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算，证明ER在系统中可以支撑节点电压，减小系统运行损耗。

现代电力系统表现出含高比例可再生能源和高比例电力电子设备“双”特，电力系统中不同频率的谐、间谐波与工频量相互，将可能导致宽频振荡，威胁电力系统安全稳定运。针对无法在三相不平衡状态下实现宽频振荡准确检测的问，提出了基于（现场可编程门阵）和正序瞬时功率算法的宽频振荡检测技。利用三相正序瞬时功率能滤除三相不平衡分量的原理，确保宽频振荡的检测结果不受三相不平衡的影响。利并行计算的特，大幅提升了宽频振荡检测算法的性。测试结果表，该技术能够在发生宽频振荡时准确检测出振荡分，解决了现有技术存在误判和并行计算能力不足的问题。

传统继电保护在故障发生后隔离故障，是一种“被动保护”；需要一种控制故障后果的“主动保护”体系初步研究表明，双馈风电机组可参与系统紧急功率控制，风电可变得更友好；因为电力电子设备的电压敏感性，保护工作者不仅要关注短路电流、电压，还要关注电压无功控制方法。 利用动态气象信息，可在线辨识输电线路的故障风险和短时潮流冲击耐受能力，构造输电线路的动态热保护。

电力电子设备已成为现代电网的重要组成部分。大量分布式光伏、电动汽车通过整流、逆变接入传统交流电网，存在能源转化效率不高、源荷匹配灵活性差等问题。发展直流配电，构建交直流混合配电网，是减少电能转换环节、提升综合能效的必由之路。 电力电子变压器（PET）是交直流混合配电网络的核心设备，本项目之前，其组网运行主要存在以下难题：①设备损耗大，长期运行的经济性低；②控制保护难，故障隔离慢，存在系统振荡风险，影响供电可靠性；③运行灵活性差，不利于有效集成分布式能源、合理调配多样性负荷。 项目团队在国家自然科学基金、国网公司科技项目的资助下，开展产学研用协同攻关，研制了高效率多端口电力电子变压器、多功能复用的直流故障电流控制器，突破了交直流配电网控制保护、系统振荡抑制等关键技术，实现了灵活组网、高效运行。 项目获授权发明专利26项，发表论文60篇，出版专著1部，发布国家标准1项，立项IEC标准1项。王锡凡院士领衔的鉴定委员会认为 “整体达到国际领先水平。项目建成了北京延庆智能电网工程、苏州同里交直流系统示范工程以及连云港海岛综合示范工程，实现了源网荷储协调运行。项目成果对支撑大规模电力电子设备接入后电网高效稳定运行具有重要的现实意义。

智能变电站，直流输电、新能源发电等逆变型电源接入以及UPFC、TCSC、SVC等设备大量应用，这些电力电子设备具有复杂、多变量、非线性、时变的特性，使电力系统的故障特征和动态特征正在发生质的变化。 配电网是变革最快的领域，伴随着分布式电源/电动自行车/分散式储能设备的规模化接入，配电网的电源，网络，负荷及保护控制方式要发生根本性变化。源网荷储互动从毫秒级的紧急控制扩展到日内实时优化调度，实现“荷随网动、储随网动”的源网荷储智能互动，提升电力系统的灵活调节能力和新能源消纳能力成为当前或待研究解决的追切问题。供电可靠性所要求的自愈控制与网络重构技术将使配电网网络拓扑变化成为常态。而为应对飞速发展配网环境，配电网电源发生变化后对主网影响成为我们重点研究对象。

随着电力供应向买方市场的转变，电能质量将成为衡量电力这一特殊商品好坏的关键指标。同时，各种冲击性负荷、敏感负荷等非线性负荷，以及风电、光伏发电的迅速发展，电力电子设备大量应用，电能质量问题越来越受严重。电能质量监测装置作为评价电能质量水平、划分污染责任的基本手段，电网必将大量配置电能质量监测终端进行监视，其监测点设置覆盖特高压到低压配电网等各级电网。全国20余个省市都建有电能质量在线监测系统，现有测点不低于5000个，仅山西就设置监测点240个。未来三年，全国新增监测点不低于15000个，其中山西不低于500个监测点。为做好电能质量监测终端入网技术把关，必须开展入网检测和定期检测，对保证电网电能质量水平的可控、在控具有十分重要的意义。但是目前的人工检测方法效率及其低下，数据量庞杂，一台设备要检测1000以上的各类指标和数据，容易发生错误，十分有必要对检测手段进行提升和优化。 本成果提出了一种可供多台数宇式或模拟式电能质量监测终端同时进行自动检测的方法，开发了一套自动检测平台，实现了多数宇式和模拟式电能质量监测终端多电能质量指标的检测、生成报告等全自动功能。