解决方案
随着高比例可再生能源和高比例电力电子设备在电网得到快速发展，以新能源为主体的新型电力系统由于振荡而引起的小扰动失稳问题日益凸显。新能源场站和柔性直流输电等领域频繁发生频率覆盖次同步、超同步和中高频的振荡事故，已经出现机组切机、新能源脱网、设备损坏和系统停运等后果，严重影响新能源可靠消纳和新型电力系统安全稳定运行。国家标准《GB38755-2019电力系统安全稳定导则》明确要求:存在次同步振荡或超同步振荡风险的新能源场站及送出工程，应采取抑制和监测措施。
传统电力系统稳定性分析理论主要关注与同步发电机的机电动态特性相关的频率、电压和功角稳定。由于同步发电机采用慢速控制，传统电力系统可以使用基频的相量模型来分析稳定性。但是，电力电子设备的快速控制使得新型电力系统的振荡超出了基频范围，传统电力系统稳定性分析理论已经无法适用。随频率变化的阻抗可以体现电力电子设备快速的动态特性，克服了相量模型的局限性。基于阻抗的频域稳定性分析已成为研究新型电力系统振荡问题和进行振荡风险评估的有效方法，该方法具有机理清晰、物理意义明确和工程实用性强等优点。国家标准《GB/T43534-2023高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗设计及测试方法》和行业标准《NB/T10651-2021风电场阻抗特性评估技术规范》以及《NB/T11344-2023光伏发电站阻抗特性评估技术规范》均采用了该方法。
由于新能源发电的占比不断提高，基于阻抗的频域稳定性分析方法如果分别去评估每个新能源场站和电网之间的振荡风险，不仅需要重复多次进行评估，而且无法体现多个新能源场站和电网之间、新能源场站之间和场站内部的交互影响，难以取得准确的评估结果。对该场景进行电磁暂态仿真，即使仿真得到了振荡波形也很难实现振荡定位，无法指导振荡抑制措施的采用，对于更复杂的场景则需要投入大量的仿真资源和仿真时间。
科梁信息研发的SimuNPS新型电力系统建模仿真软件提供了频域分析工具箱FlexFD(Flexible Frequency Domain)，该工具箱采用基于阻抗的多输入多输出频域稳定性分析方法，为新型电力系统的振荡问题提供了一套完整的解决方案，为新型电力系统的稳定运行提供强大保障。
频域分析流程
软件页面
频域稳定性分析设置
频域建模
FlexFD拥有强大的频域建模功能，提供新型电力系统常见设备的频域分析模块，频域特性涵盖从低频到高频的广泛频率范围。
频域稳定性分析
频域稳定性分析可以对正序、负序系统采用基于行列式或者特征值的广义奈奎斯特判据（Generalized Nyquist Criterion，GNC）。
基于行列式的广义奈奎斯特判据
对系统频域矩阵与单位矩阵之和的行列式使用奈奎斯特判据，进行系统振荡风险的定性评估。
基于特征值的广义奈奎斯特判据（频域模态分析）
对系统频域矩阵的特征值使用奈奎斯特判据，进行系统振荡风险的定性和定量评估。该分析方法又被称作频域模态分析，通过分析参与因子实现系统振荡风险的定位。
结果呈现和输出
FlexFD支持多种图形化结果呈现方式，包括二维/三维奈奎斯特图和柱状图等，支持计算并输出考虑频率耦合的新能源场站导纳和电网多端口阻抗矩阵。
应用案例以IEEE 10机39节点为原型，将其中的同步发电机替换为等效电网、光伏和储能电站，并且将光伏和储能电站设置为多机并网的待分析对象。
改进的IEEE 39节点频域分析模型
使用基于行列式的GNC，会绘制相应的奈奎斯特图，分析结果显示系统正序失稳。
基于行列式的GNC分析结果（二维图）
基于行列式的GNC分析结果（三维图）
使用基于特征值的GNC，分析结果显示系统正序失稳且振荡频率约在80Hz。正序左特征向量图显示储能电站3对系统振荡影响最大，正序右特征向量图显示储能电站1受振荡影响最大。
基于特征值的GNC分析结果
