【上海电力大学（赵晋泉）】2024新型电力系统电压（相量）支撑强度指标的认识和思考报告、_29页_6mb

报告摘要

新型电力系统电压(相量)支撑强度指标的认识和思考总结

核心内容

本文围绕新型电力系统中电压（相量）支撑强度指标的定义、分类及其应用展开深入探讨，强调在新型电力系统中，传统的稳定性分类和支撑指标已难以满足复杂系统的分析需求。文章提出应结合系统物理特性、控制机制和数学模型，重新审视支撑强度指标的定义与计算方法，以更准确地反映系统在不同扰动下的动态响应与稳定性。

主要观点

1. 稳定性分类的演变与问题

稳定性分类的演变：自1982年IEEE和CIGRE分类以来，稳定性分类经历了多次调整，但核心问题仍未解决。2020年IEEE的“补丁”分类虽有所改进，但仍存在定义不清晰、模型不一致等问题。
分类的本质：稳定性分类应基于系统动态特性，而非单纯的时间尺度或频段划分。新型电力系统中，设备与控制系统的复杂性导致不同频段的稳定性问题相互交织，需更细致的分类与分析。
稳定性问题的分类框架：
- 系统受扰后失去稳定平衡点：属于机理性稳定性问题。
- 系统受扰后存在稳定平衡点但过渡过程不可接受：属于广义稳定性问题。

2. 短路比指标的局限性

传统短路比（SCR）的定义：
$$
SCR = \frac{S_{ac,N}}{P_{dN}} = \frac{S_{ac,N}}{S_{dN}} = \frac{1}{|Z_|} = |Y_|
$$
- 该指标最初为LCC-HVDC规划而设计，用于描述系统在不同扰动下的支撑能力。
SCR的局限性：
- 非机理性：SCR定义与电路理论不一致，无法反映系统的实际特性。
- 忽略无功影响：传统SCR未考虑电容补偿、无功消耗等对系统支撑能力的影响。
- 单一数值的不足：无法体现阻抗阶次、R/X比值等对系统高频特性的刻画。
改进的短路比指标：
- 有效短路比（ESCR）：考虑了电容补偿，但未解决复功率相加问题。
- 无功有效短路比（QESCR）：进一步修正，但模型不一致导致指标等价性存疑。

3. 新型短路比指标的探索

多馈入短路比（MS CR）：考虑了多个直流馈入对交流系统的支撑影响，引入了交互因子（MII F）。
广义短路比（GSCR）：基于系统雅可比矩阵计算，更符合数学机理，但计算复杂，需统一负荷模型与假设条件。
计及新能源幅相特性的短路比：提出考虑新能源设备的动态特性（如幅值和相位响应）的新型短路比指标，如MIT SCR。

4. 支撑强度指标的构建思路

支撑强度指标的分类：
- 外在描述指标：如ROCOF、NADIR、准稳态频率。
- 内在量化指标：如总惯量、一次调频能力、备用容量。
- 数学机理指标：如特征根、阻尼系数、最小实根等。
- 间接映射指标：如无功储备、短路电流等。
指标构建原则：
- 应结合系统特性（如相量特性、时变特性、控制特性）。
- 需考虑不同节点的支撑能力差异。
- 需建立具有客观门槛值的综合指标，以反映系统整体电压相量支撑能力。

关键信息

短路比的适用性问题：在新型电力系统中，电力电子设备的复杂控制特性改变了系统的支撑与被支撑关系，传统基于短路容量的指标已不适用。
负荷模型的重要性：负荷等值模型和参数对支撑强度指标的计算影响深远，需统一处理。
新型电力系统的支撑强度分析：
- 需考虑多馈入、多时间尺度和非线性因素。
- 需建立与系统动态特性相匹配的指标体系。
支撑强度的分类：
- 电压相量支撑强度：包括频率支撑、电压支撑等。
- 系统稳定性与设备稳定性：二者密切相关，需统一考虑。

总结

新型电力系统由于引入大量电力电子设备，其稳定性分析和支撑强度指标的构建面临前所未有的挑战。传统的短路比指标虽有广泛应用，但其定义和计算方法存在诸多局限，无法全面反映系统的支撑能力。因此，有必要从系统机理出发，建立更加科学、合理的电压（相量）支撑强度指标体系，以适应新型电力系统的复杂特性。指标应涵盖系统动态特性、控制机制、负荷模型等多维度信息，并具有客观的门槛值，以提升系统分析与规划的准确性与可靠性。

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