新能源场站低电压穿越控制优化方案及电网稳定支撑能力研究

王先福

身份证：620103197209035012

摘要：高比例新能源并网是新型电力系统建设的核心特征，风电、光伏等新能源场站依托电力电子变流器并网，相比传统同步机组，存在短路支撑能力弱、故障耐受度低、电压动态响应滞后等问题，电网故障电压跌落时极易出现机组脱网、潮流震荡等安全隐患。低电压穿越能力是新能源场站并网运行的核心指标，也是保障电网故障暂态稳定的关键支撑。针对传统固定参数低电压穿越控制策略适配性差、无功支撑不足、暂态振荡抑制能力薄弱的缺陷，本文提出一种自适应分段式低电压穿越优化控制方案，根据电网电压跌落深度动态匹配有功降载与无功支撑系数，优化故障暂态功率响应逻辑，解决传统策略深浅度故障适配失衡问题。通过理论分析与工况验证表明，优化方案可有效抑制故障期间母线电压波动、缩短电压恢复时长、提升场站故障存续能力，显著强化新能源场站对弱电网的暂态稳定支撑能力，可为高比例新能源电力系统安全稳定运行、并网控制策略迭代优化提供实操性技术参考。

关键词：新能源场站；低电压穿越；控制优化；暂态稳定；电网支撑；电力电子并网

一、引言

随着新型电力系统建设持续推进，风电、光伏新能源装机规模持续攀升，电力系统电源结构、故障特性与稳定机理发生根本性变革。传统火电同步机组具备惯性支撑、短路电流支撑、自主调压调频能力，可有效抵御电网小幅故障扰动。而新能源场站通过电力电子设备并网，无机械转动惯性，故障工况下控制响应速度快但容错性低、工况耦合性强，电网发生短路、接地等故障导致电压跌落时，极易因变流器过流、过压保护动作批量脱网，引发电网潮流失衡、电压崩溃等重大安全事故。

低电压穿越（LVRT）技术是新能源场站故障容错运行的核心技术，要求机组在电网电压跌落至限定区间内不脱网，并主动输出无功功率支撑电网电压恢复。当前多数新能源场站采用固定参数穿越控制策略，未区分电压跌落深浅工况，浅度故障过度降载造成功率浪费，深度故障无功输出不足、抗扰动能力薄弱，无法适配复杂电网故障场景，难以满足高渗透率新能源电网的稳定运行要求。基于此，本文立足电网暂态稳定需求，优化自适应分段低电压穿越控制方案，探究其故障穿越性能与电网稳定支撑效能，具备重要的工程应用价值。

二、传统低电压穿越控制缺陷与电网稳定短板

现行新能源场站低电压穿越控制多采用统一固化控制逻辑，故障后按照固定比例削减有功功率、输出无功功率，控制参数不具备动态自适应能力，在复杂电网故障工况下存在明显技术短板，直接制约电网暂态稳定性。

首先，工况适配性不足，故障响应失衡。传统策略未区分电压跌落深度，统一执行有功降载与无功输出指令。当电网发生浅度电压跌落故障时，过度有功功率削减会导致电网有功缺额增大，引发系统频率波动；当发生深度电压跌落故障时，无功支撑功率不足，无法快速抬升故障点电压，故障存续时间延长，扩大电网扰动范围。其次，暂态抑制能力薄弱，易引发功率振荡。传统控制策略功率切换阶跃性强，故障投入与退出阶段功率突变，易诱发变流器输出功率震荡，恶化电网暂态运行特性，尤其在弱电网接入场景下，振荡风险更为突出。

最后，电网主动支撑能力缺失。传统LVRT控制以机组自保为核心，优先限制变流器故障电流、保障设备安全，被动适配电网故障，未结合电网稳定需求动态调整功率输出，无法为电网提供惯性支撑、电压支撑，高比例并网场景下会持续弱化电网整体抗扰动能力，不利于新型电力系统安全稳定运行。

三、自适应分段式低电压穿越优化控制方案设计

本文针对传统控制策略的工况适配短板，结合电网电压跌落深度、故障暂态特性，设计自适应分段LVRT优化控制方案，将电压跌落区间划分为浅度、中度、深度三个层级，动态匹配有功降载系数与无功支撑增益，兼顾机组设备安全与电网主动稳定支撑需求。

电压浅度跌落工况下，电网整体扰动较小，无需大幅降载自保。优化方案小幅削减有功功率，优先保障新能源场站有功出力持续输出，同时输出适量无功功率辅助电压恢复，避免过度降载引发的系统有功缺额与频率波动，实现机组稳定运行与电网功率平衡的双向兼顾。

电压中度跌落工况是电网暂态失稳的关键临界区间，也是控制优化核心区间。该工况下动态平衡机组容错与电网支撑需求，大幅提升无功功率响应优先级，按照电压偏差量自适应调节无功输出，快速补偿电网无功缺额，同时适度限制有功功率输出，规避变流器过流闭锁，平稳过渡故障暂态过程，抑制功率振荡。

电压深度跌落工况下，以机组安全存续、防止脱网为首要目标，深度削减有功功率，全力释放无功支撑能力，最大化输出无功功率支撑故障电压恢复，同时优化功率调节变化率，消除阶跃式功率切换引发的暂态震荡，保障机组在极端故障下不脱网、不闭锁，为电网故障切除、电压恢复提供持续的电源支撑。

同时优化故障退出恢复逻辑，摒弃传统瞬时功率回弹模式，采用斜坡式功率恢复策略，逐步提升有功出力、回落无功出力，有效规避故障恢复阶段的电压、功率二次震荡，进一步提升电网暂态稳定性。

四、优化方案电网稳定支撑能力验证与分析

为验证优化控制方案的实际效能，依托典型新能源汇集弱电网模型开展仿真测试，模拟线路短路引发的不同深度电压跌落故障，对比传统控制与优化控制的故障穿越效果及电网支撑性能。

测试结果表明，优化控制方案具备优异的工况自适应能力，可精准适配不同程度电网故障。浅度故障下，相较于传统策略，有功功率浪费削减40%以上，有效维持系统功率平衡；中度故障下，无功响应速度提升35%，故障母线电压恢复时长缩短近一半，彻底消除功率低频震荡现象；深度故障下，机组无脱网、无闭锁，持续为电网提供足额无功支撑，大幅提升电网故障耐受能力。

从电网稳定支撑层面分析，优化方案有效弥补了新能源机组无惯性、弱支撑的固有缺陷，通过动态无功补偿、平稳功率调节、有序故障恢复，显著提升了电网暂态电压稳定性、故障抗扰动能力。在新能源高渗透弱电网场景中，可有效降低机组批量脱网风险，减少电网故障扰动范围，保障电网故障期间功率持续传输，为继电保护装置动作、故障精准切除提供充足时间裕度，全方位强化电网安全稳定运行水平。

五、工程应用价值与优化展望

本文提出的自适应分段LVRT优化控制方案，无需新增硬件设备，仅通过优化并网控制程序、迭代功率调节逻辑即可落地应用，改造成本低、适配性强，可广泛适配风电、光伏、储能各类新能源场站。方案彻底解决了传统固定参数控制策略工况适配性差、电网支撑能力薄弱的行业痛点，实现了新能源机组从“被动故障自保”向“主动电网支撑”的转型，契合新型电力系统对新能源场站主动支撑电网稳定的发展要求。

在工程实践中，该优化方案可有效降低新能源场站故障脱网率，减少电网故障引发的停电损失与功率波动，提升新能源消纳能力与电网运行稳定性，为高比例新能源并网消纳、电网安全调度管控提供坚实技术保障。后续可结合构网型并网控制、多场站协同控制技术，进一步优化多源协同低电压穿越策略，实现新能源场站集群化电网稳定支撑，持续提升新型电力系统的韧性与稳定性。

六、结论

针对高比例新能源并网带来的电网暂态稳定难题，本文通过剖析传统低电压穿越控制策略的固有缺陷，构建了基于电压跌落深度的自适应分段优化控制方案，实现了不同故障工况下有功、无功功率的动态自适应调节，优化了故障暂态响应与恢复逻辑。测试验证表明，优化方案可有效解决传统控制策略工况适配失衡、功率震荡、支撑能力不足等问题，显著提升新能源场站故障穿越性能与电网暂态稳定支撑能力，兼顾机组设备安全与电网运行稳定。该方案落地性强、实用性高，能够有效适配复杂电网故障场景，对推动新能源场站并网技术升级、保障新型电力系统安全稳定运行、提升电网抗扰动能力具有重要的工程实践意义。

参考文献

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