Multi-Swing Transient Stability of Synchronous Generators and IBR Combined Generation Systems

📄 arXiv: 2603.25167v1 📥 PDF

作者: Songhao Yang, Bingfang Li, Zhiguo Hao, Yiwen Hu, Huan Xie, Tianqi Zhao, Baohui Zhang

分类: eess.SY

发布日期: 2026-03-26

💡 一句话要点

揭示逆变器型电源减速能量积累导致同步发电机多摆 transient 稳定问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 暂态稳定性 同步发电机 逆变器型电源 低电压穿越 多摆荡 减速能量 电力系统

📋 核心要点

  1. 传统观点侧重于故障期间加速能量积累导致的同步发电机首次摆动不稳定性。
  2. 本文提出，GFL-IBRs的LVRT和恢复控制造成的减速能量积累也可能导致同步发电机多摆暂态不稳定性。
  3. 理论分析和仿真验证了由于减速能量积累导致多摆不稳定性的新观点。

📝 摘要（中文）

传统观点认为，故障期间加速能量的积累会导致同步发电机（SGs）中众所周知的首次摆动角度不稳定性。然而，本文提出了一种新的见解，即基于电网跟随逆变器（GFL-IBRs）的低电压穿越（LVRT）和恢复控制所导致的减速能量积累，也可能导致同步发电机的暂态角度不稳定性。在角度减小的摆动期间积累的暂态能量会转化为后续摆动的加速能量，因此这种现象通常表现为多摆不稳定性。理论分析和仿真结果均支持这些发现。

🔬 方法详解

问题定义：传统电力系统稳定性分析主要关注同步发电机在故障期间加速能量的积累，并由此导致的首次摆动不稳定性。然而，随着逆变器型电源（IBRs）渗透率的提高，其低电压穿越（LVRT）和故障后的恢复控制对系统稳定性的影响日益显著。现有方法未能充分考虑IBRs的控制策略对同步发电机暂态稳定性的影响，尤其是在多摆荡场景下。

核心思路：本文的核心思路是揭示GFL-IBRs的LVRT和恢复控制可能导致同步发电机减速能量的积累，进而引发多摆暂态不稳定性。这种减速能量积累与传统的加速能量积累不同，它会在角度减小的摆动期间发生，并将能量传递到后续的摆动中，从而导致多摆不稳定。

技术框架：本文采用理论分析和仿真相结合的方法。首先，通过对同步发电机和GFL-IBRs的动态模型进行分析，推导出减速能量积累与多摆不稳定性之间的关系。然后，通过电力系统仿真软件，搭建包含同步发电机和GFL-IBRs的电力系统模型，模拟不同故障场景下的暂态过程，验证理论分析的正确性。

关键创新：本文最重要的技术创新在于发现了GFL-IBRs的LVRT和恢复控制可能导致同步发电机减速能量的积累，并证明了这种减速能量积累是导致多摆不稳定性的重要因素。与传统方法只关注加速能量积累不同，本文提出了一个全新的视角来理解电力系统暂态稳定性问题。

关键设计：本文的关键设计在于对GFL-IBRs的LVRT和恢复控制策略进行了建模，并将其纳入到电力系统动态模型中。通过调整GFL-IBRs的控制参数，研究其对同步发电机暂态稳定性的影响。此外，本文还设计了不同的故障场景，以考察减速能量积累在不同工况下的作用。

📊 实验亮点

论文通过仿真验证了GFL-IBRs的LVRT和恢复控制可能导致同步发电机减速能量的积累，进而引发多摆暂态不稳定性。仿真结果表明，在特定故障场景下，考虑IBRs的控制策略能够更准确地预测系统的暂态稳定性，并为制定有效的控制策略提供依据。具体性能数据和提升幅度在摘要中未明确给出，属于未知信息。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于电力系统规划、运行和控制中，有助于提高含高比例IBRs电力系统的暂态稳定性。通过考虑IBRs的LVRT和恢复控制对同步发电机稳定性的影响，可以制定更有效的控制策略，避免多摆不稳定性的发生，保障电力系统的安全可靠运行。该研究对于未来高比例新能源电力系统的稳定运行具有重要意义。

📄 摘要（原文）

In traditional views, the build-up of accelerating energy during faults can cause the well-known first-swing angle instability in synchronous generators (SGs). Interestingly, this letter presents a new insight that the accumulation of decelerating energy due to the low voltage ride-through (LVRT) and recovery control of grid-following inverter-based resources (GFL-IBRs), might also result in transient angle instability in SGs. The transient energy accumulated during angle-decreasing swing transforms into the acceleration energy of the subsequent swing, hence such phenomena often manifest as multi-swing instability. Both theoretical analysis and simulation support these findings.