武汉大学 刘明远,刘承锡,等:弱网下传统故障模型为何不准?计及序分量耦合效应的弱网新能源并网变流器故障等值模型

风电、光伏等逆变型分布式电源(IIDG)大规模接入电网，正在深刻改变以同步发电机为主导的传统电力系统故障特性。随着新能源渗透率提升，交流电网强度逐渐减弱，电网等效阻抗增大，弱电网与IIDG间的多环节、多尺度交互作用显著增强。

不对称故障下，传统分析方法将IIDG等效为正序电流源(叠加独立的负序模型)，并默认正、负序网络相互独立。然而，这一假设在弱电网中已不再成立：锁相环(PLL)受不平衡电压扰动影响，存在持续的相位定向误差，导致IIDG输出的正、负序分量发生耦合。继续套用传统等值模型将导致故障电流计算严重失真，进而引发三段式电流保护整定偏差、装置误动或拒动，甚至诱发IIDG大规模脱网。

亟需一套适用于弱网的IIDG故障等值模型，提升电力系统故障分析精度。

1）揭示弱交流系统中 IIDG 的“序分量耦合”机理。

不平衡故障期间，PCC电压矢量由正序矢量与负序矢量叠加形成倍频波动相位。弱电网中PLL为保证稳定性必须降低带宽，动态响应能力随之下降，PLL输出相位与真实电压相位之间始终存在定向误差Δθ_pll。该误差通过坐标变换中的dq分量误差，经控制环传导至IIDG端口输出电压，最终打破了正、负序网络的独立性，正序电源中混入负序耦合项，负序电源中混入正序耦合项，如图1所示。

图1  SCC等值模型序网图

2）建立考虑机-网多环节交互的SCC故障等值模型。

按照“PCC电压动态→PLL定向动态→IIDG控制环动态→弱电网线路传输动态”四个环节贯序建模，构建闭环传输框图，如图2所示，定量给出耦合项、的解析表达式。模型同时受PCC电压序分量动态特性矩阵A_coup、PLL慢动态矩阵H_pll、控制环动态矩阵H_VOC、外部线路传输特性Z四者共同影响，实现了对耦合机理的完整刻画。

图2  机-网闭环交互的功率传输框图