新能源并网背景下电力系统稳定性分析与控制策略研究 

引言

新能源发电的快速发展在缓解环境与能源危机的同时，其波动性和不确定性也给电网稳定性（电压 / 频率）带来挑战。因此，研究新能源并网的稳定性问题及控制策略至关重要，需结合先进技术持续优化，以推动电网可持续发展。

1 新能源并网对电力系统稳定性的影响分析

1.1 新能源的特性及其对电力系统的影响

风能和太阳能发电的间歇性与随机性特征使得其输出功率呈现显著波动性，风速的瞬时变化和云层遮挡导致的日照强度波动都会直接影响发电出力。由于这类新能源机组普遍通过电力电子变流器并网，无法像传统同步发电机那样提供自然旋转惯量支撑，在系统出现功率失衡时难以快速响应频率变化，容易引发频率偏差超标和电压失稳问题。随着新能源渗透率的持续提升，电力系统等效转动惯量呈现下降趋势，导致电网承受负荷突变或故障扰动时的动态响应能力减弱，同步机组间的功角稳定性面临挑战，系统整体动态稳定水平有所降低。这种由新能源大规模接入引发的多重稳定性问题已成为现代电力系统运行面临的重要技术难题。

1.2 并网对电力系统稳定性的典型问题

新能源并网对电力系统稳定性带来了多方面的严峻挑战。首先，由于新能源发电设备普遍缺乏同步发电机组的惯性特性，当系统遭遇突发故障时，频率调节能力显著下降，严重影响电网频率稳定性。其次，采用电力电子接口的新型发电设备难以提供足够的无功功率支撑，在电网结构薄弱的区域尤其容易引发电压跌落甚至崩溃事故。此外，风能、太阳能等可再生能源出力的间歇性和不可预测性，给电力系统调度运行带来了巨大困难，显著增加了功率预测和实时控制的复杂性。更为关键的是，随着新能源渗透率的不断提高，系统原有的振荡特性发生改变，其内在阻尼效果被明显削弱，这不仅威胁到系统在微小扰动下的稳定运行，更严重影响了电网在重大故障情况下的动态稳定性。

1.3 现有新能源并网技术对电力系统的影响

虽然新能源并网技术显著提高了可再生能源的消纳能力，但其对电力系统稳定性的影响呈现多维度特征。通过电力电子变流器并网的风光发电系统，在实现灵活控制的同时导致系统等效惯量降低，直接影响电网的频率调节性能。无功补偿装置虽能部分改善电压质量，但在电网阻抗较高的区域仍面临电压调节瓶颈。先进控制算法在提升新能源机组可靠性的同时，也使得电力系统的动态特性分析难度加大，对稳定控制策略提出了更严苛的标准。

2 新能源并网对电力系统稳定性分析方法

2.1 小干扰稳定分析

针对电力系统小干扰稳定性的研究方法，在理论基础和实施路径上具有明确的特征。该方法本质上是通过对非线性系统模型在工作点附近进行泰勒展开线性化处理，从而建立能够反映系统在稳态运行点附近动态特性的线性化模型，基于此开展稳定性评估。具体实施过程中，这种方法需要借助现代控制理论中的状态空间建模方法，通过求解系统雅可比矩阵的特征值分布特性，重点分析特征值实部与虚部的对应关系，从而精确评估系统在遭受小扰动时的阻尼能力和动态响应特性。传统电力系统稳定性研究主要聚焦于同步发电机组的转子运动方程与电网潮流方程之间的机电耦合作用，然而随着风电、光伏等具有电力电子接口的新能源发电设备大规模并网后，由于电力电子设备的快速响应特性与传统同步机组存在本质差异，使得整个系统的动态特性呈现出更复杂的多时间尺度演变规律，加之这些可再生能源本身固有的间歇性和随机波动特性，使得现代电力系统的稳定性分析工作面临着前所未有的技术挑战。

2.2 暂态稳定分析

电力系统暂态稳定性分析采用数值积分法求解非线性方程，模拟大扰动动态响应，重点关注发电机转子角度和母线电压变化。前向欧拉法计算简单但易发散，隐式梯形法通过雅可比矩阵提高稳定性，适合含电力电子设备的系统。随着新能源发电设备的大规模并网，其电力电子接口的高频开关动作引发的新型动态特性，对传统数值积分方法提出了更高的精度和稳定性要求，这促使研究人员不断改进现有算法或开发新型数值计算方法。

3 新能源电力系统主网调度与优化的策略和方法

3.1 建立精确的新能源预测模型

新能源并网在为电力系统提供清洁能源的同时，其固有的波动特性和间歇特征也给电网的稳定运行带来了显著影响。为有效应对这一挑战，研究人员通过整合历史气象资料和发电量数据，并应用机器学习技术构建高精度的风电和光伏发电预测模型，从而为电力调度决策提供科学依据。该建模过程需要系统性地开展数据准备工作，包括原始数据采集、异常数据处理和缺失值修复等基础环节；在特征处理阶段需重点筛选与发电量密切相关的核心参数，并运用特征工程技术提升数据质量；随后根据预测需求选取合适的算法模型，在保证计算效率的同时追求最优预测效果；最后通过参数优化和模型验证确保预测系统的可靠性和泛化能力。

3.2 实施多能互补策略

能源互补机制作为提升新能源系统可靠性的关键技术手段，在风 - 光协同发电领域展现出显著优势。具体而言，风电与光伏发电具有天然的时序互补特性：太阳能辐射呈现明显的昼夜周期性，光伏机组主要在日照时段输出电力；

而风能资源受大气环流影响，其发电出力在全天各时段分布相对均衡。这种互补关系在实践应用中表现为：当傍晚光伏出力自然衰减时，风力发电往往能够维持稳定输出；同理在静风天气条件下，充足的光照资源可以保障日间的电力供应。通过建立风 - 光互补发电系统，不仅能够平滑新能源的出力曲线，还可以有效提高可再生能源的整体利用率，为电网提供更加稳定的清洁电力供给。从系统运行角度看，这种互补特性有助于降低对传统调频机组的依赖，显著提升电力系统的调节能力和运行经济性。

3.3 应用储能技术

储能技术在新能源电力系统中发挥着关键支撑作用，其中锂离子电池凭借其卓越的能量密度和循环寿命成为首选储能方案，而压缩空气储能等新型储能方式则提供了规模化能量调节的有效途径。通过合理配置各类储能资源，不仅能够平抑新能源发电的波动性，还能优化电网负荷分布，有效提升电力系统的调节裕度和运行可靠性。与此同时，采用混合整数规划等先进优化算法进行电力调度决策，能够综合考虑发电机组启停状态、功率输出限值及负荷需求波动等多维约束条件，在确保系统安全运行的前提下实现经济效益最大化。这类智能调度方法通过精确模拟电力系统实际运行工况，显著提升了新能源消纳能力和电网运行稳定性，为构建高比例可再生能源的新型电力系统提供了重要技术支撑。

结束语

综上所述，本研究探讨了新能源并网对电力系统稳定性的影响，提出了创新的分析及控制策略。通过小扰动和暂态稳定性分析，揭示了新能源并网的作用机理。引入模型预测控制、虚拟同步机技术、储能协同控制和需求侧管理等策略，有效提升了系统稳定性。随着技术发展和策略优化，新能源并网将显著增强电力系统稳定性，为构建绿色智能电网奠定基础。

参考文献

[1] 吴杰 , 杜思阳 . 新能源发电并网接入技术稳定性及可靠性分析 [J]. 自动化应用 ,2023,64(S2):24-26.

[2] 周喜 . 新能源发电在电力系统中的应用研究 [J]. 电气技术与经济 ,2023(06):180-182.

[3] 宋 杰 . 风 电 新 能 源 发 展 与 并 网 技 术 探 讨 [J]. 长 江 技 术 经济 ,2022,5(S1):173-175