[论文解读] Generalized Short Circuit Ratio for Multi Power Electronic based Devices Infeed Systems: Defi-nition and Theoretical Analysis

Huanhai Xin, Wei Dong+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2017

Microgrid Control and Optimization参考文献 12被引用 3

一句话总结

本文提出了广义短路比（gSCR）和运行gSCR（OgSCR），用于评估多电力电子设备接入系统（MPEIS）的小信号稳定性，通过将系统分解为独立的单点接入等效系统，扩展了传统SCR方法。所提出的指标有效量化了交流电网强度和稳定裕度，仿真结果表明在复杂多接入环境中，其精度优于传统方法。

ABSTRACT

Short circuit ratio (SCR) is widely applied to analyze the strength of AC system and the small signal stability for single power elec-tronic based devices infeed systems (SPEISs). However, there still lacking the theory of short circuit ratio applicable for multi power electronic based devices infeed systems (MPEIS), as the complex coupling among multi power electronic devices (PEDs) leads to difficulties in stability analysis. In this regard, this paper firstly proposes a concept named generalized short circuit ratio (gSCR) to measure the strength of connected AC grid in a multi-infeed system from the small signal stability point of view. Generally, the gSCR is physically and mathematically extended from conven-tional SCR by decomposing the multi-infeed system into n inde-pendent single infeed systems. Then the operation gSCR (OgSCR) is proposed based on gSCR in order to take the variation of op-eration point into consideration. The participation factors and sensitivity are analyzed as well. Finally, simulations are conducted to demonstrate the rationality and effectiveness of the defined gSCR and OgSCR.

研究动机与目标

• 为解决缺乏适用于多电力电子设备接入系统（MPEIS）的面向稳定性的短路比度量方法的问题。
• 开发一种广义短路比（gSCR），从系统小信号稳定性的角度捕捉多接入系统中的电网强度。
• 通过引入运行gSCR（OgSCR）来考虑运行点变化的影响。
• 通过参与因子分析和灵敏度分析，提升所提指标的可解释性。
• 通过仿真研究验证gSCR与OgSCR的合理性和有效性。

提出的方法

• 通过将多接入系统分解为n个独立的单点接入系统，每个系统均采用传统SCR原理进行分析，推导出gSCR。
• gSCR的理论推导涉及对多接入网络中每个电力电子设备（PED）所见等效阻抗的建模。
• 通过将运行点变化引入gSCR框架，构建OgSCR，实现对电网强度的动态评估。
• 计算参与因子以识别影响系统稳定性的主导元件。
• 进行灵敏度分析，评估系统参数变化对gSCR与OgSCR值的影响。
• 在多PED系统上开展仿真，验证所提指标在多种运行条件下的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将传统短路比（SCR）推广应用于具有复杂设备交互作用的多电力电子设备接入系统（MPEIS）？
• RQ2 定义广义短路比（gSCR）的理论基础是什么，以确保其在多接入系统中保持物理解释与数学一致性？
• RQ3 运行gSCR（OgSCR）如何通过考虑实时电网条件下运行点的变化，改进gSCR的性能？
• RQ4 参与因子与灵敏度分析在解释gSCR与OgSCR稳定性含义方面发挥何种作用？
• RQ5 仿真结果在多大程度上证实了gSCR与OgSCR在评估小信号稳定性方面的准确性与有效性？

主要发现

• 所提出的gSCR为多电力电子设备接入系统中的交流电网强度提供了一个理论严谨且物理解释清晰的度量方法。
• gSCR成功捕捉了多个电力电子设备之间互感耦合对系统稳定性的影响。
• OgSCR展现出对运行变化的更高响应能力，提供了一种用于实时稳定性评估的动态指标。
• 参与因子分析揭示了主导设备及影响系统振荡模式的关键连接关系。
• 灵敏度分析表明，gSCR与OgSCR对关键系统参数（如等效阻抗和接入功率水平）具有响应性。
• 仿真结果验证了gSCR与OgSCR在有效预测小信号稳定裕度方面的能力，其表现优于传统SCR在多接入场景下的效果。