摘要

随着太阳能发电和风力涡轮发电等可再生能源（RE）的引入被扩展到电力系统中，传统同步发电机逐渐被取代。由于同步发电机对电力系统的稳定性起到一定作用，因此同步发电机被取代后，将存在难以保持电力系统稳定性的问题。

为了解决这一问题，日本之外的一些国家在系统并网标准中要求可再生能源的系统并网逆变器必须配备额外的有功功率和无功功率控制。这些控制分为稳定状态稳定功能和紧急状态稳定功能。动态无功电流控制属于后者，其通过向系统注入无功电流来支持短期和异常高/低压水平下的系统电压。但是，利用与同步发电机具有不同特性的系统并网逆变器的动态无功电流注入对干扰下电力系统稳定性的影响尚未阐明。

本研究中对日本之外一些国家的动态无功电流控制的系统并网要求进行了调查，并且使用基于IEC/TR 61850-90-7的无功电流控制模型，对并网逆变器进行的动态无功电流注入对于电力系统稳定性的影响进行了探讨。

背景

随着通过逆变器并网到系统的太阳能和风能等可再生能源电力的引入扩大，同步发电机的并联容量减少，因此未来有可能难以维持系统稳定性。因此，日本之外的一些国家正在强制要求增加各种控制功能以支持可再生能源电源的系统稳定性。在这些控制功能中，动态无功电流控制有望在发生系统故障时维持电压稳定，但是，利用与同步发电机具有不同特性的可再生能源电源的高速无功电流供给对系统稳定性等的各种不良影响尚未得到充分整理。

目的

通过调查文献，了解日本之外一些国家有关可再生能源电源中动态无功电流控制的动向。此外，通过Y法模拟分析，从主干系统故障时的系统稳定性（电压、过渡稳定性）和控制系统稳定度的角度阐明效果和注意事项。

主要成果

1. 了解日本之外一些国家关于动态无功电流控制的动向

以日本之外一些国家的并网要求等为对象对相关文献进行调查后，在表1总结了动态无功电流控制对系统的贡献。该控制的主要目的是提高距离继电器的操作可靠性，并在发生故障时抑制不具有继续运行功能的可再生能源电源的功率损耗量等，具有可再生能源电源所必需的控制功能。此外，在国际标准IEC/TR 61850-90-7¹^）中总结了该控制的基本特性和可选择的附加功能。

2. 系统发生故障时动态无功电流控制对于系统稳定性等的影响和注意事项

以上述标准为参照，构建了能够模拟动态无功电流控制的Y法模型，假定该控制已添加到特高压系统的可再生能源电源中，并从系统故障时的系统稳定性和控制系统稳定性的观点出发，总结了Y法模拟分析的结果（表2）。该控制的注意事项如下：

●消除故障后，由于检测延迟等的影响，即使在电压恢复后也会供给不必要的无功电流，因此可能导致产生瞬态过电压（持续时间取决于控制的检测延迟和延迟时间）（图1）。

●在瞬态稳定性方面，所供给的无功电流可能会与负载的电压特性发生相互作用，从而减小发电机摇动的阻尼（图2）。

●在短路容量较小的系统中，由动态无功电流控制和系统构成的反馈系统会变得不稳定（图3），并且可能产生摆动（图4）。

图1 对电压的影响

图2 对瞬态稳定性的影响

图3 反馈系统的构成与不稳定条件

图4 对控制系统稳定性的影响

综上所述，动态无功电流控制根据系统状况的不同，适当的设置程度也不同，并且在某些情况下可能会产生不利影响。因此，最好先预设功能，再按照地点对使用、不使用的选择和参数的设定、再设定进行判断^2）。

注：

¹^）“Communication networks and systems for power utility automation - Part 90-7: Object models for power converters in distributed energy resources (DER) systems”, IEC/TR 61850-90-7, TECHNICAL REPORT, 2013-02

²^）为了迅速应对系统状况的变化和问题的发生，最好具备基于双向通信的设置变更功能。

主干系统发生故障时利用可再生能源电源的动态无功电流控制对于系统稳定性等的影响