一、引言

近年来，全球气候变化与能源转型促使太阳能、风能等新能源发电技术快速发展。据国际可再生能源署数据，全球新能源装机容量持续攀升，部分地区新能源供电占比超50%，我国“双碳”目标也加速了新能源开发利用。但新能源发电具有间歇性、波动性与随机性，与传统发电差异显著。随着新能源并网比例升高，电力系统的频率、电压及功角稳定性均面临挑战。因此深入研究高比例新能源并网下电力系统稳定性控制策略，对保障电力安全运行、推动能源转型意义重大。

二、高比例新能源并网对电力系统稳定性的影响

电力系统频率稳定取决于有功功率实时平衡，新能源发电设备因缺乏惯性响应和一次调频能力，导致系统转动惯量下降，频率稳定裕度降低，且其间歇性和波动性增加了有功功率平衡控制难度。在电压稳定性方面，新能源发电场多偏远接入，功率波动改变输电线路无功功率流动与电压损耗，加之设备无功调节能力有限，难以提供有效无功支撑，易引发电压崩溃。而功角稳定性上，新能源发电设备不具备同步发电机功角特性，无法参与同步运行调节，削弱了同步发电机组间相互作用，受大扰动时更易出现功角失稳，威胁电力系统稳定运行。

三、高比例新能源并网背景下电力系统稳定性控制策略

（一）基于新能源发电设备的控制策略

1.虚拟惯量控制

虚拟惯量控制是通过控制新能源发电设备的电力电子变流器，模拟同步发电机的惯性特性。当系统频率发生变化时，变流器快速调整输出功率，为系统提供惯性响应，增加系统整体转动惯量。如在风力发电系统中，通过控制风电机组的转子转速变化，释放或吸收转子动能，实现对系统频率的支撑。虚拟惯量控制能够有效提高系统频率稳定性，改善系统频率动态响应特性。

2.下垂控制

下垂控制是模拟传统同步发电机的一次调频特性，使新能源发电设备能够根据系统频率变化自动调整输出功率。在下垂控制策略下，新能源发电设备的输出功率与系统频率呈线性关系，当系统频率下降时，发电设备增加输出功率；当系统频率上升时，减少输出功率。通过合理设置下垂系数，可以使新能源发电设备更好地参与系统一次调频，提高系统频率稳定性。

3.无功-电压控制

为了提高电力系统的电压稳定性，新能源发电设备需要具备一定的无功调节能力。无功-电压控制策略根据系统电压的变化，调节新能源发电设备的无功输出。当系统电压降低时，发电设备输出无功功率，为系统提供无功支撑；当系统电压升高时，吸收无功功率，抑制电压上升。目前许多大型风电场和光伏电站都配备了无功补偿装置，并采用先进的无功-电压控制算法，实现对系统电压的有效控制。

（二）基于储能系统的控制策略

1.平抑新能源发电波动

储能系统具有快速充放电的特性，能够在新能源发电功率波动时，及时吸收或释放能量，平滑新能源发电的输出功率。如在光伏发电系统中，当光照强度发生变化导致发电功率波动时，储能系统可以在发电功率过剩时充电，在发电功率不足时放电，使光伏电站的输出功率更加稳定，减少对电力系统的冲击。

2.参与系统频率调节

储能系统可以作为备用电源，在系统频率出现偏差时，快速响应并调整输出功率，参与系统频率调节。与传统同步发电机组相比，储能系统具有响应速度快、调节精度高的优势。通过合理配置储能容量和控制策略，储能系统能够在系统频率下降时迅速放电，补充有功功率缺额；在系统频率上升时充电，吸收多余的有功功率，有效提高系统频率稳定性。

3.改善系统电压稳定性

储能系统还可以通过调节无功功率输出，改善系统电压稳定性。当系统电压降低时，储能系统可以输出无功功率，提高系统电压；当系统电压过高时，吸收无功功率，降低系统电压。同时储能系统还可以与新能源发电设备配合，优化无功功率分配，提高系统整体电压控制能力。

（三）基于电网结构优化的控制策略

1.加强电网互联互通

加强区域电网之间的互联互通，建设坚强的骨干网架，可以提高电力系统的资源优化配置能力和抗干扰能力。通过互联电网，不同区域的电力可以实现相互支援，在新能源发电波动或系统发生故障时，能够快速调整电力潮流，平衡有功和无功功率，提高系统稳定性。如我国的特高压输电工程，实现了跨区域、大规模的电力输送，有效提高了电力系统的稳定性和可靠性。

2.优化新能源接入方式

合理规划新能源发电场的接入位置和接入容量，优化新能源接入方式，对于提高电力系统稳定性至关重要。在新能源接入规划时，应充分考虑电网的承载能力、短路容量等因素，避免新能源集中接入导致局部电网电压和频率稳定性问题。同时可以采用分散式接入和集中式接入相结合的方式，将新能源发电就近消纳或通过特高压线路远距离输送，提高新能源的消纳能力和系统稳定性。

3.建设柔性直流输电系统

柔性直流输电（VSC-HVDC）技术具有可控性强、功率调节灵活等优点，能够实现有功功率和无功功率的独立控制。在高比例新能源并网场景下，建设柔性直流输电系统可以有效解决新能源发电的间歇性和波动性问题，提高新能源的跨区域输送能力。同时柔性直流输电系统可以为接入点提供无功支撑，改善系统电压稳定性，增强电力系统的动态性能。

四、现有控制策略存在的问题与优化建议

（一）存在的问题

各类控制策略如新能源发电设备控制、储能系统应用和电网结构优化，多独立设计运行，缺乏协调配合机制，易出现目标冲突与响应不一致，难以发挥综合优势。新能源发电的间歇性和波动性，使发电功率预测精度难以满足需求，影响控制策略的制定与执行，加大系统稳定性控制难度。此外，储能系统虽对提升稳定性意义重大，但设备购置、安装及运维成本高昂，严重限制其大规模应用，阻碍其在稳定性控制中充分发挥作用。

（二）优化建议

构建多源信息融合的协调控制平台，利用模型预测控制等先进方法，整合新能源发电设备、储能系统和电网运行信息，统一控制目标与算法，实现协同控制，提升系统整体性能。加强新能源发电预测技术研发，融合气象、地理及历史数据，运用人工智能与大数据技术，开发高精度预测模型并建立误差修正机制，为控制策略提供可靠依据。加大储能技术研发投入，推动技术创新，提升设备性能与效率以降低成本；完善产业政策，通过补贴、税收优惠鼓励建设应用；探索多元化应用模式，提高利用率与经济效益，促进储能产业发展。

五、结论

在高比例新能源并网背景下，电力系统稳定性面临诸多挑战。本文通过分析新能源并网对电力系统频率稳定性、电压稳定性和功角稳定性的影响，探讨了基于新能源发电设备、储能系统和电网结构优化的多种稳定性控制策略。同时针对现有控制策略存在的问题提出了相应的优化建议。未来随着新能源技术的不断发展和控制技术的持续创新，需要进一步加强对电力系统稳定性控制策略的研究，实现高比例新能源与电力系统的安全稳定、高效融合，推动能源转型和可持续发展。

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