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導語

近年來，構網控制技術在新能源領域得到廣泛應用，其中基于構網型靜止無功發生裝置(SVG)被視為同步調相機的理想替代裝備。然而，構網型SVG對新能源并網系統穩定性的具體影響機制尚未得到充分研究，本期為您推薦南京航空航天大學陳新教授團隊科研論文。

研究背景

目前由電力電子裝置與電網阻抗相互作用引起的寬頻振蕩問題日益突出。SVG作為一種潛在的阻尼調配資源，對系統穩定性具有重要影響，且構網技術的應用有助于進一步挖掘SVG在新型電力系統中的阻尼塑造潛力，為提升新能源并網系統的穩定性提供了新的解決思路。然而，目前關于構網型SVG對新能源場站穩定性影響的研究還處于探索階段，尤其是構網型SVG的建模及其對新能源場站穩定性的影響規律等都還有待進一步深入研究。

論文所解決的問題及意義

基于多諧波線性化建模方法，建立了完整的基于直流電壓同步的構網型SVG序阻抗標準化模型，為并網穩定性分析提供了理論基礎。詳細對比了構網型SVG與跟網型SVG的阻抗差異，定量分析了構網關鍵參數對輸出阻抗的影響規律，為參數優化設計提供了依據。建立了含構網型SVG的風電場阻抗網絡模型，定量評估了跟網/構網型SVG、同步調相機對風電場穩定性的影響差異，明確了構網型SVG對風電場穩定性的提升機制。

論文方法及創新點

1、構網型SVG序阻抗模型推導

(a) 電路拓撲

(b) 控制框圖

圖1 構網型SVG功率電路及控制框圖

根據多諧波線性化頻域建模方法，首先需要建立其功率電路頻域模型，如圖1(a)所示SVG主功率電路的頻域小信號模型為

進一步基于圖1(b)控制結構，推導SVG構網控制引入調制小信號表達式為

聯立功率小信號表達式和控制小信號表達式，可得到構網型SVG序阻抗矩陣表達式為

圖2 構網型SVG序阻抗掃頻驗證及不同控制下SVG阻抗特性對比分析

對式中所推導的構網型SVG序阻抗模型進行實驗掃頻驗證（如圖2所示），表明該數學模型具有高度準確性。圖2同時給出了跟/構網兩種控制方式下的SVG阻抗特性對比分析，其中跟網型SVG存在1～71.9 Hz的負阻尼區間，而構網型SVG的負阻尼頻段可以縮減到50～57.9 Hz。這說明構網控制可以顯著改善單機SVG阻抗的負阻尼特性，降低并網振蕩風險。

2、不同無功補償設備接入對風電場穩定性影響分析

基于已有網絡聚合方法，建立考慮無功補償裝置接入的風電場站聚合阻抗模型，對比構網型SVG接入場站聚合阻抗Zewf1、跟網型SVG接入場站聚合阻抗Zewf2和同步調相機接入場站聚合阻抗Zewf3的阻抗特性。

圖3 跟網、構網型SVG及同步調相機接入風電場站阻抗特性曲線

對比三者阻抗特性可知，在10～500 Hz頻段內，構網型SVG接入下場站聚合阻抗（Zewf1）的幅值高于跟網型SVG接入場景（Zewf2），與電網阻抗交截頻率顯著后移（從82.1Hz移至112.1Hz），避免了風電場等效聚合阻抗在負阻尼頻段與電網等效阻抗相交。

相較跟網SVG接入條件，構網SVG接入有助于縮小風電場聚合阻抗的負阻尼區間，并提高相位裕度（從-10.24°提高至12.06°）。與此同時，同步調相機接入風電場后，也可提升聚合阻抗（Zewf3）交截頻率處的相位裕度（24.79°），但其風電場聚合阻抗幅值在基頻處跌落明顯，與電網阻抗產生了額外交截，可能誘發基頻處潛在振蕩風險。上述分析結果表明，構網型SVG在弱電網條件下有利于風電場并網的穩定性。

表1 不同無功補償設備接入時風電場弱電網適應性提升對比

為了量化構網SVG接入條件下的阻尼能力與弱電網適應性，表1對比了跟網型SVG、同步調相機和構網型SVG三種不同的無功補償裝置接入條件下，風電場能夠穩定工作的最低短路比。當風電場接入跟網型SVG時，系統最低短路比為1.78，短路比提升度為4.8%，這說明傳統跟網型SVG接入有助于提高風電場的弱電網適應能力，但短路比提升效果并不顯著。當采用同步調相機和構網型SVG接入方案時，最低短路比可分別進一步擴展到1.32和1.33，短路比提升度分別顯著提高至29.4%和28.9%，兩者效果相當。

3、構網控制與線路參數對風電場聚合阻抗的影響

構網型SVG的關鍵控制參數主要包括：直流電壓調頻系數、無功電壓環慣性系數及虛擬阻抗等。圖4以直流電壓調頻系數為例，系統分析了該參數對風場穩定性的影響。

（a）直流電壓調頻系數對風電場阻抗特性的影響

（b）直流電壓調頻系數的穩定邊界

（c）場站并網處電壓電流(K=1)

（d）振蕩初電流波形FFT分析(K=1)

圖4 直流電壓調頻系數對風電場穩定性影響分析

圖4(a)給出了直流電壓調頻系數對風電場聚合阻抗特性的影響曲線，從圖中可知，該系數對聚合阻抗的影響主要集中于基頻附近，K值越小，即在越快的調頻速度情況下，聚合阻抗幅值越容易劇烈波動。在K=1工況下，風電場聚合阻抗曲線與電網阻抗交互于71.1 Hz和74.2 Hz，且在71.1 Hz處相角裕度為?40.74°，并網系統不穩定。

進一步針對直流電壓調頻系數變化時風電場聚合阻抗遍歷分析，可獲得其穩定設計邊界（圖4(b)所示），當K在0.1～1.3范圍內時，直流電壓同步控制環與系統主要交互在70～90 Hz頻段，聚合阻抗幅值與相角在此頻段中會出現大幅度跌落，極易出現系統振蕩；當K在5～6.5范圍內時，聚合阻抗在基頻附近59 Hz處發生幅值跌落，并與電網阻抗交截于負阻尼頻段。

RT-Lab半實物仿真平臺對穩定性進行驗證，圖4(c)及圖4(d)給出了K從初始值10變化至1時風電場輸出電壓電流波形和諧波分析，實驗結果與前文分析結論一致。

線路參數對并網系統的穩定性也有重要影響。圖5給出了新能源場站SCR分別為1.29、1.6、1.86時的風電場聚合阻抗模型。隨著線路長度增加，系統短路比下降，會導致聚合阻抗的負阻尼頻段顯著拓寬。同時，由于線路阻抗Zeg幅值上升，更易與風電場聚合阻抗Zewf1在次超同步頻段交截，帶來振蕩風險。圖5中，當SCR=1.29時，并網系統在55.8 Hz處的相角裕度為?25.5°，風電場出現振蕩現象；而在SCR=1.6和1.86的工況下，風電場聚合阻抗與電網阻抗不會相交，僅在110～120 Hz頻段會出現阻抗交截，相角裕度分別為12.06°和26.6°。

圖5 線路參數對風電場阻抗特性影響

結論

本文針對構網型SVG在風電場中的應用進行了深入研究，建立了跟/構網型SVG的序阻抗模型，并對兩者在風電場穩定性方面的影響進行了詳細對比分析，研究結果表明：

1) 構網型SVG相比于跟網型SVG，其輸出阻抗的負阻尼區間顯著縮小，表明構網SVG能夠提供更強的阻尼作用；

2) 弱電網條件下，構網型SVG相比跟網型SVG接入在風電場具有更優的適應能力，容許最低短路比提升度從4.8%提升到28.9%，與同步調相機相當；

3) 基于直流電壓同步的構網型SVG雖能提供一定的阻尼作用，但基波頻段附近仍存在一定的負阻尼區間，因此在應用時需注意基頻附近振蕩風險。

團隊介紹

南京航空航天大學陳新教授團隊專注于分布式發電與并網穩定相關專業領域研究，研究方向包括用于新能源發電系統的功率變換關鍵技術，分布式發電與微電網的建模、控制與系統集成，集成新能源電力系統的穩定性分析等。近年主持包括國家863計劃項目、國家自然科學基金項目在內的數十項科研課題，獲授權技術發明專利20余項。在國內外重要核心期刊和重要學術會議上發表論文100余篇，其中SCI、EI檢索論文70余篇，多篇論文入選ESI高被引論文、中國精品科技期刊頂尖學術論文、年度優秀論文、高影響力論文等，先后獲得江蘇省高等學校科技進步一等獎（2023）、電力科學技術進步一等獎（2022）、中國電源學會技術發明二等獎（2022）等獎項。

趙力軒

碩士研究生，主要研究方向為SVG建模、控制及穩定性分析。

陳新

博士，教授，博士生導師，主要從事分布式發電和微電網系統的建模、控制與穩定性研究等。

張東輝

博士研究生，主要研究方向為新能源發電并網系統控制與穩定性研究。

本工作成果發表在2026年第3期《電工技術學報》，論文標題為“面向新能源場站的構網型靜止無功發生器阻抗建模及穩定性分析“。本課題得到國家自然科學基金面上項目資助。

引用本文

趙力軒, 陳新, 張東輝. 面向新能源場站的構網型靜止無功發生器阻抗建模及穩定性分析[J]. 電工技術學報, 2026, 41(3): 849-864. Zhao Lixuan, Chen Xin, Zhang Donghui. Impedance Modeling and Stability Analysis of Grid-Forming Static Var Generator for Renewable Energy Power Plants. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(3): 849-864.

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