今天分享的是：2025年限幅约束下换流器并网系统稳定性分析报告
报告共计：26页
新能源并网难题有解！西交大团队破解换流器稳定密码，筑牢电网安全基石
随着风电、光伏等新能源在电力系统中的占比持续提升，一个名为“换流器”的核心设备，正成为连接新能源与电网的“桥梁”。不同于传统电力系统依赖的同步发电机，换流器通过电子控制实现能量转换，其稳定运行直接决定着新能源能否安全、可靠地融入电网。近日，西安交通大学电力工程系李宇骏团队发布的《限幅约束下换流器并网系统稳定性分析》报告，针对换流器并网的核心难题提出一系列突破性发现，为新型电力系统的安全运行提供了关键理论支撑。
新能源并网的“稳定困境”：换流器为何难“稳住”？
在传统电力系统中，同步发电机凭借机械惯性维持稳定，就像高速行驶的汽车有“缓冲力”，遇到小干扰能自行调整。但新能源发电（如风电、光伏）依赖的电压源型换流器（VSC），本质是“电子化设备”，其运行完全靠控制系统“指挥”——比如通过锁相环（PLL）与电网保持同步。这种特性让换流器在遇到大干扰（如电网电压突然跌落、线路故障）时，很容易失去同步，就像没有惯性的自行车，稍受外力就可能倾倒。
更复杂的是，换流器运行中还面临各种“限制”：为了保护设备，输出电流不能超过最大值（电流限幅）；为了匹配电网频率，控制器输出也有上下边界（频率限幅）。这些限制让换流器的运行状态不断“切换”——比如电流在限值内来回波动、频率触及边界后调整，整个系统变成了“切换动力学系统”。而传统的电力系统稳定分析方法（如李雅普诺夫理论），无法应对这种“切换”状态，既说不清换流器为何失稳，也找不到稳定运行的“边界”，这成了新能源大规模并网的关键瓶颈。
突破性发现一：跟网换流器的“多摆失稳”与“极限环”
团队首先聚焦“跟网型换流器”——这类换流器像“追随者”，需时刻跟随电网的频率和电压运行，是目前新能源并网的主流类型。通过建立简化且精准的数学模型，团队发现了一种全新的失稳形态：多摆失稳。
简单来说，当电网遇到大干扰（如电压骤降至额定值的10%）时，跟网换流器不会立刻失稳，而是像钟摆一样“来回摆动”——一次摆动后可能恢复稳定，但如果干扰过大，摆动幅度会逐渐扩大，直到突破一个“隐形边界”，最终彻底失去同步。这个“隐形边界”被团队定义为“不稳定极限环”：就像一个无形的圆环，换流器的运行轨迹在环内时能保持稳定，一旦超出圆环，就会陷入失稳。
更重要的是，团队通过理论证明，这个“极限环”是唯一存在的。这意味着工程师可以精准计算出这个环的位置，为换流器设置明确的“稳定红线”——只要控制运行轨迹不超出这个环，就能避免多摆失稳。这一发现填补了跟网换流器大干扰稳定分析的空白，让“预防失稳”从“凭经验”变成“有依据”。
突破性发现二：频率限幅下的“切换固定点”，找到全局稳定钥匙
换流器运行中，频率控制是核心——一旦频率超出限值，控制器会强制调整，这就导致系统在“正常运行”和“限幅运行”之间频繁切换。团队研究发现，这种切换并非随机，而是存在两个固定的“起点”：无论换流器多少次触及频率上限或下限，每次离开限幅边界时，都会从这两个固定点重新开始运行，这就是“切换固定点” 。
这个发现的价值在于，它让“判断系统是否稳定”变得简单：团队提出，只要这两个“切换固定点”的“能量”（可理解为系统运行的“动力”）不超过电网的“临界能量”，换流器就能实现全局稳定。就像水库的水位，只要两个固定排水口的水量不超过水库的最大蓄水量，就不会发生漫溢。
基于这个规律，团队还给出了具体的频率限幅设置方法：通过计算“切换固定点”的位置，反向推导频率上限和下限的合理范围。仿真验证显示，按照这种方法设置限幅后，即使遇到持续时间较长的干扰（如电压跌落超过100毫秒），换流器也能从“切换固定点”平稳恢复，避免失稳。更值得关注的是，这一结论不仅适用于单个换流器，还能推广到多换流器并网场景——比如一个风电场有几十台换流器同时运行，该方法同样能保障整体稳定。
突破性发现三：电流限幅下的“随遇稳定”，让构网换流器更可靠
除了跟网换流器，团队还研究了更具“主动性”的构网型换流器——这类换流器能像传统发电机一样，主动支撑电网电压和频率，是未来高比例新能源电网的核心设备。但构网换流器面临的电流限幅问题，同样棘手。
传统分析认为，电流限幅时换流器会在“定电压模式”（正常控制电压）和“限电流模式”（优先控制电流）之间切换，但无法判断切换后的稳定状态。团队通过创新建立“相角切换模型”，发现了一个特殊现象：随遇稳定——换流器最终稳定在哪个模式，取决于故障持续时间。比如故障持续130毫秒时，系统稳定在定电压模式；持续170毫秒时，就可能稳定在限电流模式，而限电流模式下的稳定性更弱，容易引发连锁故障。
为解决这一问题，团队找到了关键突破口：调整“饱和电流矢量角”——这个参数就像换流器的“方向盘”，通过优化它，可以引导系统无论遇到多长时间的故障，最终都稳定在更可靠的“定电压模式”。仿真实验显示，采用这种控制方法后，即使故障持续超过600毫秒，构网换流器仍能保持稳定，为高比例新能源电网的“主动支撑”能力提供了保障。
这些发现，让电网更能“扛干扰”
这份报告的价值，不仅在于提出了新理论，更在于为实际电网运行提供了可落地的方案。随着新能源占比不断提升，电网面临的干扰会更复杂——比如极端天气导致的风电、光伏出力波动，或是线路故障引发的电压骤降。李宇骏团队的研究，相当于为电网装上了“稳定预警系统”：
- 对于跟网换流器，通过计算“极限环”，可以提前设置保护阈值，避免多摆失稳；
- 对于频率限幅，通过“切换固定点”设置合理限值，让系统在干扰下平稳恢复；
- 对于构网换流器，通过调整“饱和电流矢量角”，确保系统始终稳定在可靠模式。
未来，这些成果有望应用到风电场、光伏电站的换流器控制中，让新能源不仅能“发得出电”，更能“稳得住网”。在“双碳”目标下，新型电力系统的建设离不开这类基础性研究，而西交大团队的突破，正为这一进程筑牢了理论基石。
以下为报告节选内容
报告共计： 26页
中小未来圈，你需要的资料，我这里都有！
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)