1.1 “双高”电力系统的特征与稳定性新问题

第1章 新型电力系统挑战与构网型技术概论

1.1 “双高”电力系统的特征与稳定性新问题

“双高”特征，即高比例可再生能源接入与高比例电力电子设备，已成为新型电力系统最显著且根本的技术标志。这一特征并非简单的量变，而是引发了电力系统物理本质与动态行为的深刻变革，对系统安全稳定运行构成了前所未有的挑战。

1.1.1 “双高”特征的内涵与量化表征

高比例可再生能源接入主要指风电、光伏等波动性、间歇性电源在发电装机容量及实际发电量中占据主导地位。截至2025年4月底，我国可再生能源累计装机容量已历史性突破20亿千瓦，超越火电成为电力供应的主力电源。这些能源通过电力电子变流器并网，其出力的随机性从根本上改变了电力系统净负荷的形态，对系统功率实时平衡与运行规划带来巨大压力。

高比例电力电子设备是指为适应新能源并网、直流输电、灵活用电而广泛应用的各类变流器、变频装置，其规模呈现爆发式增长。以新型储能为代表，截至2024年底，全国已投运新型储能累计装机达7376万千瓦/1.68亿千瓦时，规模约为“十三五”末的20倍。电力电子设备取代传统同步发电机成为主要的电源接口和功率调节单元，导致系统的动态特性由旋转电磁惯量主导，转变为由控制器响应与网络电磁暂态主导。

表1.1.1 “双高”电力系统与传统电力系统的特征对比

特征维度	传统电力系统	“双高”新型电力系统
主导电源	同步发电机（火电、水电、核电）	变流器接口电源（风电、光伏、储能）
动态特性	由同步机转子惯量、阻尼绕组等物理特性决定	由变流器控制算法、参数及网络交互决定
系统惯性	充足，由所有旋转机组惯性时间常数总和表征	显著降低，依赖变流器模拟的“虚拟惯量”
频率调节	依靠同步机调速器的一次调频和机组启停的二次调频	需变流器提供快速频率响应，调频资源分散化
故障特性	提供巨大的短路电流，驱动保护动作	短路电流受限（通常为1.2-1.5倍额定电流），保护配合复杂化
稳定问题	以功角稳定为主导的低频机电振荡	宽频带振荡（次/超同步振荡）、电压稳定及小干扰稳