组网式变换器供电孤立电力系统中同步电容器集成对 AC-DC 域动态交互及稳定性的影响分析

《IEEE Transactions on Energy Conversion》：Oscillatory Interaction Mechanisms in AC-DC Systems: Coupling Dynamics of Grid-Forming Converters and Synchronous Condensers

　　

摘要：

本文对由组网式（Grid-Forming, GFM）变换器供电的孤立电力系统中交流（AC）与直流（DC）域之间的动态相互作用进行了基础性的分析论证。虽然同步电容器（Synchronous Condensers, SCs）的集成被广泛认为是一种增强电网稳定性的通用解决方案，但本研究表明，同步电容器本身并不能提升系统的性能。通过正式推导出等效的机电耦合关系，本文证明了交流侧和直流侧之间存在强烈的耦合。在由主能源时间常数、直流链路电容以及直流链路控制参数决定的特定运行条件下，同步电容器引入的强烈交流耦合可能会由于与直流侧控制动态的频率相关共振而引发不利反应。所提出的分析框架通过详细的大信号瞬态仿真以及对750多个运行点的实验评估得到了验证。研究结果成功界定了系统的运行边界，表明如果不能妥善处理交流-直流相互作用机制，同步电容器的集成可能会加剧系统的不稳定性。