本书深入探讨了新能源电力系统的特征与挑战，特别是在风电、光伏等非同步电源广泛接入电网下的稳定性问题。基于对非同步电源的建模与稳定分析及参数优化的深入研究，奠定了新能源电力系统动态特性的理论基础。书中进一步探讨了新能源电力系统中不同惯量控制方法，涵盖柔性直流输电系统和海上风电等应用场景，并提出了新能源惯量模拟性能提升与惯性常数评估方法，为未来电网的稳定性提供了新思路。
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(1) 2009.10-2012.12 英国University of Strathclyde大学 电气工程学 博士
(2) 2008.09-2009.10 英国University of Strathclyde大学 电气工程学 硕士
(3) 2004.09-2008.07 南开大学 学士(1) 2018.02-至今 天津大学 电气自动化与信息工程学院 电气工程系，教授
(2) 2017.01-2018.02 英国国家电力调度中心 调度分析工程师
(3) 2015.11-2017.01 英国国家电网公司总部 电网规划策略部 高级电力系统工程师
(4) 2013.03-2015.11 英国国家电网公司总部 数据与建模部 电力系统工程师 国家重点研发计划"变革性技术关键科学问题：分布式信息能源系统的智能进化机理和设计"，课题四负责人
目录
序
前言
第1章 新能源电力系统的特征与挑战 1
1.1 新能源电力系统的发展历程 1
1.2 新能源电力系统的电力电子化新特性 2
1.3 新能源电力系统的频率-惯量挑战 4
参考文献 6
第2章 非同步电源建模与稳定分析方法 8
2.1 柔性直流输电模型及基本控制 8
2.1.1 柔性直流输电系统的拓扑结构 8
2.1.2 VSC拓扑结构 8
2.1.3 VSC-HVDC输电系统控制原理 10
2.1.4 MMC的拓扑结构及工作原理 13
2.2 光伏发电模型及基本控制 15
2.2.1 光伏电池数学模型 15
2.2.2 最大功率点跟踪控制 16
2.2.3 光伏逆变器控制 17
2.3 风力发电模型及基本控制 17
2.3.1 风机系统拓扑结构 17
2.3.2 最大功率点跟踪控制 18
2.3.3 风机变流器控制 20
2.4 小信号建模分析方法 22
2.4.1 模块化状态空间建模理论 23
2.4.2 模态分析理论 25
2.4.3 案例分析 27
2.5 阻抗分析方法 29
2.5.1 阻抗分析方法建模理论 29
2.5.2 并网逆变器阻抗建模及阻抗稳定性判据 31
2.5.3 案例分析 36
2.6 开环模式谐振分析方法 38
2.6.1 闭环互联模型 39
2.6.2 子系统间动态交互分析 41
2.6.3 案例分析 42
参考文献 44
第3章 基于超级电容实现电压源构网与故障穿越的PMSG风机综合控制 47
3.1 PMSG电压源型构网控制与故障穿越 47
3.1.1 PMSG系统架构 47
3.1.2 GSC的电压源型控制 49
3.1.3 传统GSC故障穿越控制策略 50
3.2 实现电压源构网与故障穿越的超级电容综合控制 51
3.2.1 协调电压源特性与惯量的SC控制 52
3.2.2 故障穿越模式下的基于SC的电压源特性保持 54
3.2.3 满足惯量提供与故障穿越下电压源特性的超级电容配置 55
3.3 稳定性分析与关键参数优化 57
3.3.1 小信号模型及准确性验证 57
3.3.2 稳定性分析 59
3.4 算例分析 61
3.4.1 惯量支撑实验结果 62
3.4.2 故障穿越实验结果 64
参考文献 69
第4章 基于谐振域的风机控制器参数优化方案 71
4.1 基于谐振域的风机控制器参数优化设计 71
4.1.1 计及能量场景变化的小信号模型 71
4.1.2 EOM和GOM的位置区域 74
4.1.3 谐振域RA的定义与数学表达式 76
4.1.4 谐振强度指标 76
4.1.5 基于谐振域和谐振强度指标的控制器参数优化 77
4.2 仿真验证 79
4.2.1 负荷谷时能量场景：4台同步机在线 80
4.2.2 负荷平时能量场景：7台同步机在线 83
4.2.3 负荷峰时能量场景：10台同步机在线 85
参考文献 87
第5章 柔性直流输电系统的自适应惯量模拟控制 88
5.1 定惯量模拟 88
5.1.1 确定同步电机惯性时间常数与电容器时间常数的关系 88
5.1.2 模拟特定惯性时间常数的INEC 控制算法推导 89
5.1.3 INEC控制回路设计 90
5.1.4 频率变化与直流电压变化的分析 91
5.1.5 算例分析 92
5.2 变惯量模拟控制 99
5.2.1 RIEC方案 99
5.2.2 DIEC方案 102
5.2.3 集成RIEC和DIEC的VIEC方案 104
5.2.4 直流电容取值 106
5.2.5 仿真算例分析 107
参考文献 112
第6章 柔性直流输电系统的双边惯量和阻尼模拟控制 113
6.1 VSC-HVDC输电系统双边惯量和阻尼模拟控制算法推导 113
6.1.1 BIDE的阻尼模拟方案 115
6.1.2 双边惯量和阻尼模拟控制方案 117
6.1.3 BIDE方案直流电容选取 117
6.2 稳定性分析 118
6.3 仿真算例分析 119
第7章 互联异步电网VSC-HVDC输电系统的惯量与阻尼模拟控制 128
7.1 柔直互联异步电网惯量阻尼模拟策略 128
7.1.1 PR-VSC IDEC设计 128
7.1.2 DR-VSC IDEC设计 131
7.2 控制策略小信号分析 136
7.2.1 Udc/f下垂控制系数kdc 的优化 140
7.2.2 IDEC模拟惯性和阻尼稳定性分析 141
7.3 实验验证 142
7.3.1 电网A负载增加 143
7.3.2 电网B负载减少 145
7.3.3 电网A和电网B中同时发生交流故障 146
7.4 结论 148
参考文献 148
第8章 海上直驱风电场经柔性直流接入电网的惯量模拟控制 150
8.1 海上风电柔直送出系统电路结构及控制 150
8.1.1 OWF+VSC-HVDC输电系统的结构及其传统控制 150
8.1.2 OWF基于超级电容的惯量模拟控制设计 151
8.1.3 VSC-HVDC输电系统无通信陆上电网频率还原控制设计 153
8.1.4 WF-VSC海上电网频率切换控制设计 154
8.1.5 超级电容容量配置 155
8.2 稳定性分析与参数优化 157
8.2.1 OWF+VSC-HVDC输电系统小信号模型建立与验证 157
8.2.2 OWF+VSC-HVDC输电系统关键参数优化 160
8.3 离岸电网惯量贡献 163
8.3.1 陆上电网负荷突增工况 164
8.3.2 风速阶跃变化工况 165
8.3.3 陆上电网故障工况 166
8.3.4 海上电网故障工况 167
参考文献 169
第9章 基于自适应滤波器的双馈风机次同步振荡抑制控制方案 170
9.1 DWF+SC系统架构及其SSO机理 170
9.1.1 DWF+SC系统架构 170
9.1.2 SSO机理解释 172
9.2 AF-SSOD次同步振荡抑制器设计 173
9.2.1 SSOD 173
9.2.2 SSOD频率锁定与中心频率更新 174
9.3 AF-SSOD小信号分析 175
9.3.1 DWF+SC系统小信号建模 176
9.3.2 AF-SSOD 稳定性分析与参数优化 178
9.4 算例分析 181
9.4.1 AF-SSOD的SSO频率辨识与锁定 181
9.4.2 SSO抑制测试对比 182
9.4.3 故障测试对比 183
参考文献 184
第10章 光伏电站的惯量、阻尼与阻抗综合模拟控制 186
10.1 光伏惯量与阻尼模拟 186
10.1.1 配置超级电容储能单元的光伏发电系统及控制 186
10.1.2 光伏惯量与阻尼模拟控制环路设计 186
10.1.3 超级电容的电容配置和电压中性点设置 189
10.2 稳定性分析与参数优化 191
10.3 仿真验证 193
10.3.1 负载投入事件 193
10.3.2 负载切除事件 194
10.3.3 三相接地故障事件 196
参考文献 197
第11章 基于超级电容内阻补偿的新能源惯量模拟性能提升方法 198
11.1 基于经典INEC 的超级电容惯量响应性能评估 198
11.1.1 基于斜坡频率信号注入的惯量响应性能测试方法 198
11.1.2 计及超级电容内阻效应的惯量响应功率特性分析 199
11.2 超级电容惯量响应提升方案设计 201
11.2.1 超级电容内阻在线辨识模块 201
11.2.2 内阻补偿控制算法 202
11.2.3 控制环路设计与实现 202
11.3 基于小信号分析的补偿系数优化 204
11.4 样机实验验证 206
11.4.1 超级电容模组A 惯量响应 207
11.4.2 超级电容模组B 惯量响应 209
11.5 39 节点系统仿真验证 211
11.5.1 负荷切除 212
11.5.2 同步电机脱网 213
11.5.3 短路故障 213
参考文献 216
第12章 新能源惯量响应等效惯性时间常数评估 217
12.1 新能源惯量响应测试流程及评估指标 217
12.2 DCIE方法实现 218
12.2.1 确定测试频率信号斜率 218
12.2.2 数据预处理 219
12.2.3 电网模拟器的测试起止时刻判据 220
12.2.4 惯量响应延时补偿 220
12.2.5 等效惯性时间常数 221
12.2.6 离群值修正 222
12.3 新能源惯量响应评估测试 222
12.3.1 低延时惯量响应评估测试 224
12.3.2 高延时惯量响应评估测试 227
参考文献 230
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