随着电力电子设备在电力系统中的比例不断提高，近年来国内外频繁发生电力电子设备主导或参与的电力系统动态失稳事故，主要表现形式为次同步频带、超同步频带以及高频带等频率范围的宽频带振荡。高比例电力电子电力系统宽频带动态稳定问题已经成为危害大电网安全稳定运行的隐患之一。
本书系统地论述了作者在高比例电力电子电力系统宽频带动态稳定建模、分析和控制等方面的研究成果。全书共分4 章。第1 章综述了国内外对电力系统宽频带动态稳定问题的研究现状，提出了电力系统宽频带振荡的定义与分类；第2 章介绍了针对电力系统宽频带动态稳定问题的建模方法及仿真技术，并给出了研究电力系统宽频带动态稳定问题的标准算例系统；第3 章提出了几种电力系统宽频带动态稳定性分析与控制方法，包括广义转矩分析法、Nyquist 阵列分析法、导纳分析法、统一性稳定分析法等；第4 章介绍了对新疆哈密、渝鄂柔直、新疆和田等重大工程和实际电网的宽频带动态稳定分析与控制案例。
本书可供从事电力系统运行分析、规划设计以及科学研究的人员参考，也可作为高等院校电气专业高年级学生及研究生的参考读物。

本书针对含高比例电力电子装备电力系统的动态稳定问题，给出了作者在建模与交互作用分析、宽频带振荡稳定判别与抑制、仿真平台建设与实际案例分析等方面的一系列卓有成效的研究成果。在建模与交互作用分析方面，建立了风电、光伏等电力电子装备的多时间尺度精细化模型，构建了新疆哈密风电次/超同步振荡标准算例系统，为宽频带振荡问题的理论研究和验证提供了模型基础；建立了计及频率耦合和汇集网络的新能源发电集群阻抗等值模型，分析了新能源发电装备间及装备与汇集网络间的耦合交互作用。在宽频带振荡稳定判别与抑制方面，提出了基于多变量等效开环过程理论的宽频带振荡稳定判别与量化评估方法；提出了基于等效宽频带运动方程的广义转矩分析法，实现了宽频带振荡模式的量化分析；基于开环系统的盖尔圆盘带，提出了伪对角化控制器的设计方法，实现了宽频带振荡的稳定判别与抑制。在仿真平台建设方面，构建了含高比例电力电子装备的电力系统全电磁暂态实时仿真平台，接入了实际直流工程及新能源发电控保装置，实现了特高压交直流混联大电网及新能源基地的高精度高效率仿真。在实际案例分析方面，针对多起实际宽频带振荡案例，开展了机理分析与仿真复现，为实际系统问题的解决提供了技术支撑。

前言随着电力电子技术的进步，以新能源发电、直流输电、变频负荷为代表的电力电子设备越来越多地应用到电力系统中，电源、电网和负荷格局发生了深刻变化，电力系统正在向高比例电力电子电力系统方向加速演变。在高比例电力电子电力系统中，由电力电子设备主导或参与、以宽频带振荡为主要表现形式的动态稳定问题严重危害电力系统的安全稳定运行。与同步发电机等传统设备相比，电力电子设备在物理结构、控制方式、动态响应、与其他设备的交互作用等方面存在显著差异，电力电子设备快速灵活的控制特性对电力系统的动态行为产生了深刻影响。传统电力系统次/超同步振荡机理和分析方法在高比例电力电子电力系统中不再适用，控制策略也难以生效。目前，针对多样化电力电子设备接入较复杂电力系统的宽频带动态稳定机理、分析方法和解决措施的研究已显著滞后，为电力系统的安全、高效运行带来了新的问题和挑战。为此，本书针对高比例电力电子电力系统的宽频带动态稳定问题，介绍了作者近年来在建模方法及仿真技术、稳定性分析与控制方法、实际电网工程分析等方面的研究成果。本书共4 章。第1 章综述了国内外对电力系统宽频带动态稳定问题的研究现状，阐述了高比例电力电子电力系统宽频带动态失稳现象的新特征，提出了电力系统宽频带振荡的定义和分类，主要由徐式蕴撰写；第2 章建立了典型电力电子设备的电磁暂态状态空间模型及序阻抗模型，并依托国家电网仿真中心，构建了含高比例电力电子设备的交直流混联电网全电磁暂态仿真系统，搭建了新疆哈密风电次/超同步振荡等多个标准算例系统，主要由穆清和宋瑞华撰写；第3 章提出了几种电力系统宽频带动态稳定性分析与控制方法，包括广义转矩分析法、Nyquist 阵列分析法、导纳分析法及统一性稳定分析法，在振荡判别、裕度量化和稳定控制等方面对所提出的方法进行了对比，主要由徐式蕴、毕经天、高磊和宋瑞华撰写；第4 章给出了新疆哈密、渝鄂柔直、江苏海上风电系统等实际电网宽频带动态失稳案例的机理分析与仿真复现，并提出了有效的抑制措施，主要由宋瑞华、周佩朋和田鹏飞撰写。全书由孙华东制定编写大纲，由徐式蕴和毕经天负责统稿与修改。在本书编写过程中，中国电力科学研究院有限公司汤涌教授级高工对本书提出了很多宝贵的意见和建议。此外，汪乐天、王一鸣、方诗卉、王姝彦、杜毅等参与了书稿修订与绘图、参考文献整理等工作。在此一并向他们表示衷心的感谢。在本书的编写过程中，参阅了大量的论著和文献，其主要部分已列入参考文献中，在此也向参考文献的作者表示衷心的感谢。本书由国家自然科学基金智能电网联合基金重点资助项目含高比例电力电子装备的电力系统多时间尺度动态稳定机理与控制（U1766202）的研究成果提炼撰写而成，孙华东、宋瑞华、徐式蕴、高磊、毕经天等为项目研究做出了突出贡献。国家电网有限公司电力科技著作出版基金对本书的撰写也给予了资助，中国电力出版社对本书的出版给予了全方位的帮助，谨借此机会表达诚挚的感谢。本书在成稿过程中，虽已尽力完善体系、布局内容、校正文字，但限于作者的学识水平，难免出现不妥与错误之处，恳请读者批评指正。作者2023 年夏于北京

孙华东，教授级高级工程师，博士生导师，中国电力科学院副院长。主要研究方向为电力系统稳定分析与控制、高比例电力电子装备与新能源电力系统安全稳定机理分析与控制、能源互联网技术等

目录
前言
第1 章 概述 1
1.1 背景 · 1
1.2 国内外研究现状 · 3
1.2.1 电力系统宽频带动态稳定分析方法 4
1.2.2 多设备间的动态交互作用 6
1.3 电力系统安全稳定性及宽频带振荡的定义与分类 · 8
1.3.1 电力系统安全稳定性的定义与分类 8
1.3.2 电力系统宽频带振荡的定义与分类 · 11
小结 · 14
参考文献 · 14
第2 章 电力系统宽频带动态稳定建模方法及仿真技术 17
2.1 电力系统宽频带动态稳定建模方法 17
2.1.1 电磁暂态状态空间建模方法 · 17
2.1.2 直驱风机序阻抗建模方法 · 49
2.2 电力系统宽频带动态稳定时域仿真技术 57
2.2.1 数字仿真平台 · 58
2.2.2 数模仿真系统 · 59
2.2.3 数字仿真和数模仿真技术的正确性验证 · 60
2.3 电力系统宽频带动态稳定标准算例 79
2.3.1 直驱风机/光伏单机并网系统 79
2.3.2 双馈风机单机并网系统 83
2.3.3 LCC 直流系统 85
2.3.4 直驱风机三机系统 88
2.3.5 新疆哈密系统 89
小结 95
参考文献 95
第3 章 电力系统宽频带动态稳定分析与控制方法 97
3.1 广义转矩分析法 97
3.1.1 电力系统宽频带振荡的统一数学描述 97
3.1.2 广义转矩分析法 100
3.1.3 广义转矩分析法与阻尼转矩分析法的对比 121
3.1.4 算例分析 125
3.2 Nyquist 阵列理论 137
3.2.1 系统的对角优势判据及稳定判别 137
3.2.2 非对角优势系统的稳定控制器设计 141
3.2.3 基于Nyquist 阵列理论的电力系统宽频带振荡分析及抑制流程 145
3.2.4 算例分析 146
3.3 导纳分析法 · 161
3.3.1 直驱风机动态建模 161
3.3.2 直驱风机输入导纳特性分析 166
3.3.3 直驱风电次同步振荡仿真分析 170
3.3.4 直驱风电次同步振荡其他影响因素分析 172
3.4 统一性稳定分析法 · 173
3.4.1 理论基础 174
3.4.2 基于等效开环过程的动态稳定分析法 176
3.4.3 电力电子电源场站的统一性稳定分析法 189
3.4.4 电力电子电源区域的统一性稳定分析法 194
3.4.5 算例验证 201
小结 204
参考文献 206
第4 章 实际电网工程宽频带动态稳定分析 · 207
4.1 实际事故分析 · 207
4.1.1 新疆哈密风电次同步振荡 207
4.1.2 渝鄂柔直输电系统高频振荡 220
4.2 振荡风险评估 · 229
4.2.1 新疆和田振荡风险研究 229
4.2.2 青海电网振荡仿真分析 239
4.2.3 江苏海上风电柔直送出系统振荡分析 244