[论文解读] Transient Stability Analysis of Grid- Connected Converters with Power Synchronization Control.

Heng Wu, Xiongfei Wang|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2018

Microgrid Control and Optimization参考文献 24被引用 1

一句话总结

本文通过相图分析，研究了采用功率同步控制（PSC）的电网并网电压源换流器（VSC）的暂态稳定性。研究结果表明，若故障后系统存在平衡点，PSC-VSC 仍能保持同步，临界切除角等于故障后系统中不稳定平衡点的功角；值得注意的是，即使超过该角度，系统在一次振荡周期后仍可实现再同步，从而降低系统崩溃的风险。

ABSTRACT

The power synchronization control (PSC) has been increasingly used with voltage-source converters (VSCs) connected to the weak grid. This paper presents an in-depth analysis on the transient stability of the PSC-VSC by means of the phase portrait. It is revealed that the PSC-VSC will maintain synchronization with the grid as long as there are equilibrium points after the transient disturbance. However, during the grid faults without any equilibrium points, the critical clearing angle (CCA) for the PSC-VSC is found equal to the power angle at the unstable equilibrium point of the post-fault operation, which is crucial for the power system planning and protection. Moreover, the PSC-VSC can still re-synchronize with the grid after around one cycle of oscillation, even if the fault clearing angle is beyond the CCA. This feature reduces the risk of system collapse caused by the delayed fault clearance. Lastly, these findings are verified by simulations and experimental tests.

研究动机与目标

• 研究弱电网中功率同步控制电压源换流器（PSC-VSC）的暂态稳定性。
• 确定PSC-VSC在故障扰动后保持同步的条件。
• 确定PSC-VSC系统故障清除的临界切除角（CCA）。
• 评估系统在超过临界切除角后故障清除时的再同步能力。
• 通过仿真和实验测试验证分析结果。

提出的方法

• 采用相图分析方法研究PSC-VSC在暂态扰动期间及之后的动态行为。
• 在故障前和故障后系统条件下识别平衡点，以评估系统稳定性。
• 将临界切除角（CCA）确定为故障后系统中不稳定平衡点对应的功角。
• 通过分析故障清除后平衡点的存在性与性质来评估系统稳定性。
• 通过仿真和实验测试验证分析结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么决定了连接弱电网的PSC-VSC的暂态稳定性？
• RQ2 平衡点的存在如何影响故障后的同步性能？
• RQ3 PSC-VSC在电网故障期间的临界切除角（CCA）是什么？
• RQ4 当故障清除角度超过CCA时，PSC-VSC是否仍能实现再同步？
• RQ5 当故障后不存在平衡点时，系统行为如何变化？

主要发现

• 只要故障后系统存在平衡点，PSC-VSC就能与电网保持同步。
• PSC-VSC的临界切除角（CCA）等于故障后系统中不稳定平衡点的功角。
• 即使故障清除角度超过CCA，PSC-VSC在约一个振荡周期后仍可实现再同步。
• 该再同步能力可降低因故障清除延迟导致系统崩溃的风险。
• 分析结果通过仿真和实验验证得到证实。