1. 课程导入与工程问题界定
新能源并网稳定分析，研究的不是“风机或光伏能不能发电”，而是当大量电力电子变流器替代传统同步发电机后，电网在扰动下还能不能维持同步、电压和频率的稳定。传统电力系统的稳定分析建立在同步发电机转子运动方程、励磁调节和原动机调速的基础上；而新能源场站经变流器并网，其外特性由控制策略决定，惯量、阻尼、短路容量支撑能力显著下降。因此，本课程要解决的核心工程问题是：在“源—网—荷”均发生电力电子化改变的条件下，如何界定分析对象、划定边界、识别典型场景，并用可复现的方法判断系统是否稳定。
一、分析对象：从“机组”转向“场站—网络—负荷”整体
新能源并网稳定分析的对象可分为四层。第一层是变流器级对象，包括风机网侧变流器、光伏逆变器、储能PCS及其锁相环（PLL）、电流环、电压环、直流电压外环等控制环节。第二层是场站级对象，即由多台变流器、箱变、集电线路、无功补偿装置（SVG/电容器组）构成的并网点（PCC）整体。第三层是网络级对象，包括送出线路、串补、变压器、常规同步机组及负荷。第四层是系统级对象，即区域电网的惯量水平、调频能力与稳定裕度。
以某200 MW陆上风电基地为例：单机2.5 MW，共80台，经35 kV集电线路汇集至220 kV升压站，再通过120 km的220 kV线路接入区域电网。此时若只分析单台风机，无法解释场站级次同步振荡；若只分析网络潮流，又无法解释变流器控制引发的宽频带振荡。因此，本课程强调“分层建模、逐级聚合、按场景取舍”。
二、边界界定：电气边界、控制边界与时间尺度边界
工程分析中最容易出错的是边界不清。电气边界上，需明确并网点是PCC还是升压站高压侧，因为无功补偿和集电线路阻抗会显著改变阻抗特性。控制边界上，需明确哪些变流器参与稳定控制、哪些仅做最大功率跟踪，以及是否投入惯量支撑或一次调频。时间尺度边界上，机电暂态关注秒级到分钟级，电磁暂态关注微秒到毫秒级，而次同步振荡常落在数赫兹到数百赫兹之间，必须选择匹配的仿真步长与模型精度。
三、典型场景：从稳态到故障，从低频到宽频
本课程将典型场景归纳为五类。第一类是稳态电压/频率偏差场景，如新能源大发、负荷轻载导致过电压。第二类是大扰动暂态场景，如送出线路三相短路后新能源场站是否脱网、能否恢复同步。第三类是次/超同步振荡场景，典型表现为变流器控制与串补线路或弱电网阻抗交互，频率常在5～50 Hz或更高。第四类是弱电网低短路比场景，短路比（SCR）低于3时，PLL与电流环耦合易引发失稳。第五类是多场站交互场景，多个新能源基地经同一通道送出，场站间可能发生振荡耦合。
以弱电网场景为例：若并网点短路容量为600 MVA，新能源场站容量为200 MW，则SCR约为3.0。当SCR降至2.0以下时，即使稳态潮流正常，小扰动下也可能出现功率振荡。此时需通过阻抗扫描或特征值分析判断振荡频率与阻尼。
四、全课程任务地图：从建模到判据，从仿真到现场
本课程后续30章将围绕一条主线展开：建模—分析—判据—验证—治理。具体任务地图如下。
| 阶段 | 核心任务 | 关键输出 |
|---|---|---|
| 建模 | 变流器、场站、网络、负荷的分层建模与聚合 | 阻抗模型、状态空间模型、等效电路 |
| 分析 | 小扰动特征值、阻抗扫描、时域仿真、短路比计算 | 振荡频率、阻尼比、稳定裕度 |
| 判据 | Nyquist判据、阻抗比判据、SCR阈值、频率偏差限值 | 稳定/不稳定结论及边界条件 |
| 验证 | 仿真与现场录波对比、参数灵敏度校验 | 误差范围、模型修正量 |
| 治理 | 控制参数优化、附加阻尼、无功补偿、运行方式调整 | 治理方案与效果评估 |
以次同步振荡分析为例，典型工作流是：先建立变流器阻抗模型，再扫描并网点阻抗频率特性，找到阻抗交点频率；然后判断该频率下相位裕度是否小于0°；若小于0°，则通过调整PLL带宽或电流环增益提升阻尼。整个过程需要明确：输入是变流器控制参数和网络阻抗，操作是阻抗扫描与Nyquist判据，中间变化是阻抗交点频率和相位裕度，结果是稳定或不稳定，验证依据是时域仿真中振荡是否收敛。