楊 鑫， 黃永章, 2， 管 飛， 付文啟， 武倩羽

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 北京 102206；2.華電(煙臺(tái))功率半導(dǎo)體技術(shù)研究院有限公司, 山東 煙臺(tái) 264006)

0 引 言

近年來(lái)，以太陽(yáng)能和風(fēng)能為代表的新能源成為可持續(xù)發(fā)展的重要解決方案[1，2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年太陽(yáng)能投資約為1 410億美元，風(fēng)能投資為1 430億美元左右[3]。隨著新能源發(fā)電占比逐漸增加，電網(wǎng)面臨的電壓穩(wěn)定問(wèn)題越發(fā)突出[4，5]。

短路比是衡量電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，與系統(tǒng)電壓支撐能力呈正相關(guān)[6]。系統(tǒng)短路比不足時(shí)，可能會(huì)引起電壓不穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)過(guò)電壓和換流站不正常動(dòng)態(tài)行為等問(wèn)題，在直流換相失敗故障后可能會(huì)引起功率振蕩問(wèn)題[7-9]。針對(duì)新能源電場(chǎng)，風(fēng)機(jī)、光伏等通過(guò)電力電子變換器并網(wǎng)后，由于電力電子變換器的電流耐受能力低，故障時(shí)新能源電場(chǎng)能夠提供的故障電流有限[10]。因此，新能源機(jī)組的大量安裝會(huì)降低系統(tǒng)的短路比，危害系統(tǒng)安全。為提高系統(tǒng)短路比，文獻(xiàn)[11，12]提出了一種電網(wǎng)自適應(yīng)切換控制策略，該策略能夠在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，控制電壓源換流器直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行在純無(wú)功輸出模式，提高傳統(tǒng)多直流輸電饋入點(diǎn)的有效短路比。然而，改進(jìn)控制策略基本不改變系統(tǒng)的短路容量，對(duì)短路比的提升有限。文獻(xiàn)[13]分析得到STATCOM能夠等效降低系統(tǒng)的臨界短路比，提升直流輸電系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性和運(yùn)行極限。但STATCOM不提供短路電流，適用于電壓突升或電壓跌落較輕的場(chǎng)合[14]。文獻(xiàn)[15]通過(guò)仿真分析了同步調(diào)相機(jī)對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的短路比的提升效果。文獻(xiàn)[16]提出了一種優(yōu)化算法，用以確定同步調(diào)相機(jī)安裝在以風(fēng)電為主的電網(wǎng)中的最佳位置，從而增強(qiáng)系統(tǒng)強(qiáng)度。同步調(diào)相機(jī)本質(zhì)上是空載的同步發(fā)電機(jī)，故障時(shí)能夠向電網(wǎng)提供短路容量[17]。

同樣基于同步電機(jī)理論，有學(xué)者提出了一種新型并網(wǎng)方式，新能源采用新能源同步機(jī)(motor-generator pair，MGP)并網(wǎng)，實(shí)驗(yàn)證明了該方式在提升新能源電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性等方面能夠發(fā)揮重要作用[18，19]。目前，尚未有研究分析MGP對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響。因此，本文基于新能源多場(chǎng)站短路比(multiple renewable energy stations short-circuit ratio，MRSCR)的定義[20]，研究MGP系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的提升作用。首先基于MGP結(jié)構(gòu)分析了新能源采用MGP并網(wǎng)對(duì)短路容量的提升效果；然后，基于戴維南等值法和支路追加法分別分析了MGP對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣的影響作用，從理論上說(shuō)明了MGP對(duì)新能源多場(chǎng)站短路比的提升作用。最后在PSCAD仿真軟件中搭建了新能源三場(chǎng)站系統(tǒng)的仿真模型，驗(yàn)證了MGP對(duì)MRSCR的提升作用，研究了MGP對(duì)暫態(tài)電壓的抑制效果。

1 MGP并網(wǎng)系統(tǒng)

MGP由同軸連接的同步電動(dòng)機(jī)和同步發(fā)電機(jī)組成。新能源經(jīng)電力電子變換器輸出電能，驅(qū)動(dòng)MGP的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；再由機(jī)械軸驅(qū)動(dòng)MGP的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MGP系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Grid-connected structure of MGP

MGP的功率傳輸方程可表示為

(1)

式中：下標(biāo)m、g分別表示電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)；P、δ分別為有功功率和功角；E、U分別為空載電動(dòng)勢(shì)和端電壓；X為同步電抗；負(fù)號(hào)表示吸收有功功率。

由式(1)和同步電機(jī)基本理論可知，通過(guò)控制功角和電壓能夠?qū)崿F(xiàn)MGP有功功率的實(shí)時(shí)控制和無(wú)功功率的靈活調(diào)節(jié)，其中功角由電力電子變換器控制，電壓由MGP勵(lì)磁系統(tǒng)控制。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗主要包括機(jī)械損耗，定子基本銅耗、勵(lì)磁損耗等，以單臺(tái)200 MW同步發(fā)電機(jī)為例[21]，各項(xiàng)損耗如表1所示。

表1 200 MW同步發(fā)電機(jī)的損耗Tab.1 Loss of 200 MW synchronous generator

由表1可知，單臺(tái)同步電機(jī)效率能夠達(dá)到98%左右。MGP系統(tǒng)在兩次能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的損耗相當(dāng)于兩臺(tái)同步電機(jī)的總損耗。因此，可以估計(jì)新能源采用MGP并網(wǎng)的效率為96%左右?？紤]到新能源快速發(fā)展，被大量電力電子器件替代的同步電機(jī)可經(jīng)改造后用于MGP，因此其成本是可接受的。

MGP作為當(dāng)前電力電子并網(wǎng)方式的補(bǔ)充，能夠?yàn)楦弑壤履茉措娏ο到y(tǒng)提供傳統(tǒng)同步電機(jī)的優(yōu)良屬性，主要包括[21-23]：

(1)MGP真實(shí)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能夠達(dá)到同容量火電機(jī)組的66%左右，可以有效改善系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力；

(2)MGP配置相應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)，可以提供足夠的阻尼和電壓支撐能力，從而抑制系統(tǒng)振蕩，增強(qiáng)電網(wǎng)強(qiáng)度；

(3)MGP作為同步電機(jī)，能夠承受1.3 p.u.甚至更高的暫態(tài)過(guò)電壓，其機(jī)械軸能夠有效阻斷受端故障對(duì)源端的影響、源端故障對(duì)受端的影響以及諧波的影響。

因此，MGP為解決新能源電力系統(tǒng)日趨嚴(yán)重的頻率和電壓穩(wěn)定問(wèn)題提供了一個(gè)全新方案。文章主要研究MGP對(duì)電壓穩(wěn)定的影響，其它不再贅述。

2 MGP對(duì)MRSCR的提升作用

2.1 新能源多場(chǎng)站短路比

新能源多場(chǎng)站結(jié)構(gòu)如圖2所示，左側(cè)為新能源場(chǎng)站，右側(cè)為等值交流系統(tǒng)。參考直流多饋入短路比的定義，當(dāng)系統(tǒng)滿足以下3個(gè)條件時(shí)：

(1)新能源場(chǎng)站至電網(wǎng)的等值線路阻抗X/R>10；

(2)新能源各場(chǎng)站之間電壓相角接近；

(3)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相等。新能源多場(chǎng)站短路比定義為[20]

(2)

式中：MRSCRi為節(jié)點(diǎn)i的短路比；Saci和Ui分別為節(jié)點(diǎn)i的短路容量和電壓；Peqi為考慮了其余新能源場(chǎng)站影響后的節(jié)點(diǎn)i的等值功率；Prei為第i個(gè)新能源場(chǎng)站的額定功率；Zeqij和Zeqii分別為交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的互阻抗和自阻抗。

圖2 新能源多場(chǎng)站結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structure of multiple renewable energy stations

以新能源并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的額定電壓和第k個(gè)新能源場(chǎng)站額定容量分別作為基準(zhǔn)電壓值和基準(zhǔn)功率值，則式(2)簡(jiǎn)化為

(3)

式中：Pi=Prei/Prek；Zij和Zii分別為Zeqij和Zeqii在基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值。

由上述定義可知，新能源多場(chǎng)站短路比反映了交流系統(tǒng)相較新能源發(fā)電容量的強(qiáng)弱程度，短路比越大，新能源對(duì)交流系統(tǒng)的影響越小，交流系統(tǒng)的支撐能力越強(qiáng)。

2.2 MGP對(duì)短路容量的提升作用

傳統(tǒng)交流系統(tǒng)中的短路容量定義為

(4)

式中：Un為額定電壓；Zeq為交流系統(tǒng)戴維南等值阻抗。

若已知短路點(diǎn)的故障電流，短路容量表示為

(5)

式中：ish為短路沖擊電流，通常出現(xiàn)在短路發(fā)生的半個(gè)周期(0.01 s)左右；K為短路沖擊系數(shù)，文中取1.9；Ik為短路電流的有效值。

由于MGP并網(wǎng)端的交流同步電機(jī)特性，新能源采用MGP并網(wǎng)后的整體可等效為傳統(tǒng)電源，從而提升系統(tǒng)的短路容量。本節(jié)采用理論和仿真相結(jié)合的方式，在PSCAD仿真軟件中搭建圖3所示的仿真模型，分析MGP對(duì)短路容量的提升作用。主要參數(shù)如表2。仿真進(jìn)行到10 s時(shí)，在A點(diǎn)設(shè)置三相短路故障，持續(xù)0.1 s，得到MGP發(fā)電機(jī)出口處的三相短路電流如圖4所示。

圖3 光伏采用MGP并網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig. 3 Photovoltaic system adopts MGP grid connected structure

表2 主要參數(shù)Tab.2 Main parameters

圖4 MGP的三相短路電流Fig. 4 Three phase short circuit current of MGP

由圖4可知，MGP發(fā)電機(jī)出口處的短路沖擊電流約為1.647 kA。將仿真結(jié)果代入式(5)，得到MGP提供的短路容量約為403.43 kVA。結(jié)合表2數(shù)據(jù)和式(4)計(jì)算得到MGP在A點(diǎn)提供的短路容量理論值為400 kVA。仿真結(jié)果與理論值的誤差僅為0.86%，從而從短路容量的定義說(shuō)明了新能源采用MGP并網(wǎng)后能夠等效為傳統(tǒng)電源，使新能源并網(wǎng)具備同步電機(jī)特性，向電力系統(tǒng)提供短路容量。

2.3 MGP提升新能源多場(chǎng)站短路比的機(jī)理

圖2中新能源S1采用MGP并網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。根據(jù)式(3)可知，MRSCR的大小與交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的元素以及新能源場(chǎng)站的容量相關(guān)?；谏瞎?jié)分析結(jié)論，新能源采用MGP并網(wǎng)可等效為傳統(tǒng)電源來(lái)提供短路容量。因此，MGP會(huì)改變新能源多場(chǎng)站系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、影響交流網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，進(jìn)而影響短路比。本節(jié)主要基于戴維南等值法和支路追加法具體分析MGP對(duì)新能源多場(chǎng)站短路比的影響。

圖5 新能源場(chǎng)站S1經(jīng)MGP并網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig. 5 Structure of a renewable energy station via MGP grid-connected system

2.3.1 基于戴維南等值法分析MGP對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響

戴維南等值方法可以簡(jiǎn)化電力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，只考慮網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)端口與外電路之間的關(guān)系[24]。將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣寫(xiě)成分塊矩陣的形式：

(6)

式中：Zmm為需要研究的m個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的m×m階阻抗矩陣；Ztt為其余的t個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的t×t階阻抗矩陣；Zmt和Ztm為互阻抗矩陣。

上式中Zmm即為m端口的戴維南等值節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。設(shè)圖5所示系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為

(7)

式中：下標(biāo)1、n-1、n等為矩陣的階數(shù)；Zn×n為n個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣；Z1×1為節(jié)點(diǎn)1的自阻抗矩陣；Z(n-1)×(n-1)為除節(jié)點(diǎn)1外，其余n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣；Z1×(n-1)和Z(n-1)×1分別為對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的互阻抗矩陣。

新能源S1采用MGP并網(wǎng)等效為傳統(tǒng)電源后，節(jié)點(diǎn)1左側(cè)為傳統(tǒng)電源，右側(cè)為交流系統(tǒng)，故節(jié)點(diǎn)1的短路比可不作考慮，同時(shí)對(duì)其余n-1個(gè)新能源直接并網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行戴維南等值，得到n-1端口的交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為Z(n-1)×(n-1)。因此，圖5所示系統(tǒng)的新能源多場(chǎng)站短路比計(jì)算公式為

(8)

式中：MRSCRu為節(jié)點(diǎn)u的短路比，u1；Sacu和Uu分別為節(jié)點(diǎn)u的短路容量和電壓；Pequ為考慮了其余新能源場(chǎng)站影響后的節(jié)點(diǎn)u的等值功率；Preu為第u個(gè)新能源場(chǎng)站的額定功率；Zequv和Zequu分別為Z(n-1)×(n-1)中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的互阻抗和自阻抗。

以新能源并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的額定電壓和第k個(gè)新能源場(chǎng)站額定容量分別作為基準(zhǔn)電壓值和基準(zhǔn)功率值，則式(8)簡(jiǎn)化為

(9)

式中：Pu=Preu/Prek；Zuv和Zuu分別為Zequv和Zequu在基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值；u1。

根據(jù)上式可知，式(9)分母為∣Zuu∣Pu和n-2項(xiàng)∣Zuv∣Pv相加，相較式(3)減少了一項(xiàng)，不再考慮新能源S1發(fā)電容量對(duì)短路比的影響。由于采用MGP并網(wǎng)的新能源具備了同步電機(jī)特性，原來(lái)削弱交流電網(wǎng)強(qiáng)度的新能源S1因此具備了提供短路容量的能力，改變了新能源n場(chǎng)站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和交流電網(wǎng)相對(duì)新能源的強(qiáng)弱程度。影響程度與新能源采用MGP并網(wǎng)容量以及結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的阻抗矩陣變化有關(guān)。

2.3.2 基于支路追加法分析MGP對(duì)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣影響

支路追加法能夠在部分網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上不斷疊加新的支路，最終形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣，可以反映結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的阻抗變化過(guò)程[25]。本小節(jié)以圖2和圖5所示結(jié)構(gòu)為例，基于支路追加法原理分析MGP對(duì)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的影響。

新能源S1采用MGP并網(wǎng)等效為傳統(tǒng)電源后，外特性表現(xiàn)為電壓源，原新能源n場(chǎng)站系統(tǒng)的交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(以下簡(jiǎn)稱原系統(tǒng))由此增加了一條支路，阻抗為zmgp，如圖6所示。圖中節(jié)點(diǎn)1、2、……、n為并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)0為參考節(jié)點(diǎn)。

圖6 支路阻抗簡(jiǎn)化圖Fig. 6 Simplified diagram of branch impedance

由支路追加法原理可得，圖5系統(tǒng)交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(以下簡(jiǎn)稱新系統(tǒng))的n×n階節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算公式如下：

(10)

(11)

式中：Z和Z0分別為新系統(tǒng)和原系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣，階數(shù)均為n×n；A0為原系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣；Mmgp為支路zmgp本身的節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矢量，文中Mmgp=[1 … 0 … 0]；zmgp為MGP到節(jié)點(diǎn)1線路阻抗與其發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗X"d的和值；z0為原系統(tǒng)的支路阻抗矩陣；支路zmgp與原系統(tǒng)之間無(wú)耦合，即zmgp0=0，z0mgp=0T，c1，c2為零矢量。

結(jié)合式(10)和式(11)得

(12)

設(shè)原系統(tǒng)的線路參數(shù)均為純感性，根據(jù)支路追加法原理迭代可得Z0中元素均為純感性，即Z0與zmgp同號(hào)。進(jìn)一步由式(12)可知，Z

綜上，對(duì)比式(9)相較式(3)各量變化可知，MRSCRu>MRSCRi(u=i，且u1時(shí))，即MGP提升了新能源多場(chǎng)站短路比。

3 MGP提升MRSCR的算例驗(yàn)證

本節(jié)采用理論計(jì)算和仿真分析相結(jié)合的方式，通過(guò)具體算例驗(yàn)證2.3節(jié)的理論。

3.1 理論計(jì)算

基于圖2和圖5所示結(jié)構(gòu)設(shè)置新能源三場(chǎng)站算例(n=3)。設(shè)系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為100 kVA，基準(zhǔn)電壓為380 V。算例中的主要參數(shù)如表3所示，線路主要參數(shù)如表4所示。

表3 新能源三場(chǎng)站參數(shù)Tab.3 Parameters of three renewable energy stations

表4 線路參數(shù)Tab.4 Line parameters

計(jì)算步驟為：

(1)根據(jù)表4計(jì)算原系統(tǒng)三階節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z0，如式(13)；

(2)不計(jì)MGP到并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)1的線路阻抗，即zmgp=X"d=0.22。將Mmgp=[1 0 0]，zmgp和Z0代入式(12)，得到新系統(tǒng)三階節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z，如式(14)；

(3)根據(jù)戴維南等值原理得到新系統(tǒng)二階節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z2×2。結(jié)合表3數(shù)據(jù)，分別將Z0代入式(3)，Z2×2代入式(9)，得到無(wú)/有新能源采用MGP并網(wǎng)時(shí)，新能源多場(chǎng)站短路比的理論值如表5。

(13)

(14)

表5 新能源多場(chǎng)站短路比理論值Tab.5 Theoretical results of MRSCR

對(duì)比式(13)和式(14)可知，Z

3.2 仿真驗(yàn)證

在PSCAD仿真軟件中搭建圖2和圖5所示的新能源三場(chǎng)站仿真模型(n=3)，仿真參數(shù)同3.1節(jié)。仿真進(jìn)行到10 s時(shí)，分別在節(jié)點(diǎn)1、2、3設(shè)定三相短路故障，持續(xù)0.1 s后清除，得到各節(jié)點(diǎn)的單相短路電流如圖7所示。

圖7 短路電流的仿真結(jié)果Fig. 7 Simulation results of short circuit current

仿真測(cè)量的電流位于節(jié)點(diǎn)1、2、3至短接點(diǎn)之間，短接點(diǎn)設(shè)置在新能源三場(chǎng)站系統(tǒng)之外，因此短路前和故障清除后的電流基本為零。根據(jù)圖7(a)和(b)可知，MGP向系統(tǒng)提供了額外的短路電流，其中無(wú)新能源采用MGP并網(wǎng)時(shí)，各節(jié)點(diǎn)短路沖擊電流約為3.017 kA，4.665 kA，2.853 kA；新能源S1采用MGP并網(wǎng)時(shí)，各節(jié)點(diǎn)短路沖擊電流約為4.481 kA，5.211 kA，3.289 kA。將仿真結(jié)果及新能源容量、阻抗等參數(shù)依次代入式(5)、式(2)和式(5)、式(8),分別得到無(wú)/有新能源采用MGP并網(wǎng)時(shí)，新能源多場(chǎng)站短路比的仿真計(jì)算值如表6所示。

表6 新能源多場(chǎng)站短路比仿真值Tab.6 Simulation results of MRSCR

對(duì)比表5和表6可知，仿真結(jié)果與理論值接近，兩者均驗(yàn)證了MGP對(duì)新能源多場(chǎng)站短路比的提升作用。文中為便于分析，選擇新能源多場(chǎng)站直接并網(wǎng)和僅新能源S1采用MGP并網(wǎng)兩種結(jié)構(gòu)作為對(duì)照組，其結(jié)論也適用于新能源S2或S3采用MGP并網(wǎng)等不同結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)對(duì)短路比影響程度有所區(qū)別，主要受MGP并網(wǎng)容量、接入位置、發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗以及MGP至并網(wǎng)點(diǎn)線路阻抗等因素影響。

4 MGP對(duì)暫態(tài)電壓的抑制作用

短路比能夠反映系統(tǒng)強(qiáng)度，短路比越大，靜態(tài)電壓穩(wěn)定性越好，系統(tǒng)抑制暫態(tài)電壓的能力越強(qiáng)。為分析MGP對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的提升作用，本節(jié)基于前文的仿真模型，研究MGP對(duì)暫態(tài)電壓的抑制效果。分別在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3設(shè)置三相短路故障，持續(xù)0.1 s后清除故障，得到無(wú)/有新能源采用MGP并網(wǎng)時(shí)三個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓變化如圖8所示。圖中虛線為新能源不采用MGP并網(wǎng)時(shí)的各節(jié)點(diǎn)電壓，實(shí)線為新能源S1采用MGP并網(wǎng)時(shí)的各節(jié)點(diǎn)電壓。

由圖8(a)可知，節(jié)點(diǎn)2短路時(shí)，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓開(kāi)始跌落，在10.1 s左右跌至最低值。其中，采用MGP并網(wǎng)方式的新能源三場(chǎng)站系統(tǒng)可以抑制暫態(tài)低電壓，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)3電壓跌落的幅值均低于不采用MGP并網(wǎng)的新能源三場(chǎng)站系統(tǒng)；由于短路發(fā)生在節(jié)點(diǎn)2，測(cè)量電壓為節(jié)點(diǎn)電壓，故U2均趨于0。故障清除后，各節(jié)點(diǎn)電壓由低電壓恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中均出現(xiàn)了暫態(tài)過(guò)電壓，采用MGP并網(wǎng)方式能夠抑制各節(jié)點(diǎn)暫態(tài)過(guò)電壓的升高。由圖8 (b)可知，節(jié)點(diǎn)3短路時(shí)，MGP也能夠抑制暫態(tài)低電壓和暫態(tài)過(guò)電壓。

圖8 暫態(tài)電壓的仿真結(jié)果Fig. 8 Simulation results of transient voltage

綜上，采用MGP并網(wǎng)方式能夠有效提升新能源多場(chǎng)站系統(tǒng)短路比水平，增強(qiáng)系統(tǒng)強(qiáng)度，提升系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，抑制故障過(guò)程中的暫態(tài)電壓。

5 結(jié) 論

文章基于戴維南等值方法和支路追加法，分析了MGP對(duì)新能源多場(chǎng)站短路比的提升作用。得到如下結(jié)論：

(1)MGP并網(wǎng)方式能夠使新能源并網(wǎng)具備同步電機(jī)特性，像傳統(tǒng)電源一樣提供短路容量，改變了新能源n場(chǎng)站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮短了源網(wǎng)電氣距離。

(2)通過(guò)理論計(jì)算和仿真分析，驗(yàn)證了采用MGP并網(wǎng)方式能夠提升新能源多場(chǎng)站短路比，增強(qiáng)系統(tǒng)強(qiáng)度，抑制暫態(tài)電壓。

文章的研究忽略了輸電線路的電阻特性。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下，分析MGP對(duì)新能源多場(chǎng)站短路比的影響，并與同步調(diào)相機(jī)進(jìn)行比較是下一步的研究重點(diǎn)。