基于质量-阻尼-弹簧概念下传统直流输电系统模型的建立

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1、基于质量-阻尼-弹簧概念下传统直流输电系统模型的建立张美清，袁小明（华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室，湖北省武汉市430074）动电磁暂态的仿真速度[3,4]；后者采用线性或分摘要：本文从深刻认识交直流相互作用和大系统稳定性统一分析的角度出发，分别建立了基于机理分析和基于质量段线性的方法，建立频域或s域的直流输电模型-阻尼-弹簧物理概念的传统直流输电系统线性化模型。模以分析稳定问题。本文从深刻认识交直流相互作型包含了整流器和整流侧控制系统、直流输电线路、逆变用和大系统稳定性统一分析的角度出发而建立传器和逆

2、变侧控制系统，体现了传统直流输电系统在低频段统高压直流输电系统，所以下面主要针对后者研的动态行为。首先，本文建立传统直流输电系统一般形式究情况进行简单概述。的线性化数学模型，之后，将其转换为利于机理分析的模最早在1970年，Persson提出了变换函数方型框图，最后，转换为类似于同步发电机转子运动形式的法用于计算HVDC系统的传递函数[5]，得到了系统一模型，从而以统一形式描述和认识传统直流输电对大系统稳定性影响的因素和本质机理。本文最后采用统的频率响应，并采用Nyquist稳定判据分析得CIGRE传统直流输电系统（

3、HVDC）基准时域模型仿真到系统若干个谐振点以及电流控制器增益的限制验证了本文所提出的模型的正确性。条件，该方法成为后期研究者们建立传统直流输关键词：传统直流输电系统；线性化模型；大系统分析；电小信号分析模型的基础。DeToledo[6,7]进一步机理认识；质量-阻尼-弹簧概念采用Persson的方法，采用更好理解变换过程的1引言空间矢量代表交流三相电量，并把换相角变化过程考虑在内进行频域响应分析，特别分析了不考高压直流输电系统在电力系统中扮演着越来虑换相角变化时模型特性与实际考虑其变化的特越重要的角色。其在异步联网

4、、大容量远距离输性差别较大，并认为实际换相角变化带来了阻尼送功率、地下和海底电缆送电等应用方面具有重作用。而针对直流输电系统谐振不稳定进一步研要意义[1,2]。当前，虽然电压源变换器型直流输究，Wood及其团队进行了大量工作[8-11]，分别电系统（VSC-HVDC）发展正如火如荼，但是已建立了传统直流变换器频域分析模型、s域分析建成的高压直流输电系统工程中传统基于电网换模型以及分段线性状态变量模型，基于电路理论相的直流输电系统（LCC-HVDC）仍占主导地位。的方法解释了传统直流输电系统复合谐振的机而且其相对于VS

5、C-HVDC具有大容量功率传输理。而近些年，有学者将阻抗分析法用于分析的明显优势（双极单回直流可达8000MW），特LCC-HVDC系统[12]，将交流系统电路等参数等别适合于我国电力系统大规模、远距离输送电能效到直流侧，分析了LCC-HVDC系统谐振失稳的国情发展需求。因此，LCC-HVDC系统在我国问题。另外在LCC-HVDC交直流相互作用稳定未来很长一段时间仍承担着大规模、远距离输送性建模分析方面，D.Jovcic[13,14]和C.电能的主要责任。Karawita[15]采用状态空间建模方法，分模块建立LCC

6、-HVDC变换器连接着交直流网络，具有了LCC-HVDC系统数学模型框图。他们选取的复杂的非线性特性，从LCC-HVDC发展早期开各变量具有实际的物理意义，且D.Jovcic首次包始就有许多学者对LCC-HVDC系统进行大量研含了锁相环的影响分析，以此模型分析了低短路究。而在建模分析方面，按建模目的可以分为大比交直流网络相互作用的稳定性。扰动电磁暂态仿真建模和小扰动稳定分析和设计这些工作对LCC-HVDC系统认识具有重要建模。前者主要针对时域分析，忽略非常快时间意义，揭示了LCC-HVDC系统模型的复杂性，尺度的开关

7、过程，但保留了直流输电电磁暂态特发现了许多可能发生不稳定现象的因素，并从控性，以提高包含有传统直流输电的复杂系统大扰Iref/PdrefVdref/Gammaref+PLLrord+锁相环控制器ordPLLi控制器锁相环整流侧--逆变侧控制系统触发脉冲采样采样触发脉冲控制系统产生器滤波器滤波器产生器直流输电线路UsrUrIdrIdiUiUsi1:TT:1riUUdrdiIrΙ整流器逆变器i交流滤交流滤波器波器图1传统直流输电系统物理整体框图制角度提出了有效的解决方案。然而，针对建模方整体。直流输电线路采用

8、集中T型等效模型。由于面，大多停留在实现模型的准确性上，主要通过频本文只是在验证时需要交流系统，而建模过程与文率响应或模态分析等方法研究LCC-HVDC系统的献[13]并没有区别，所以不在本文展现。相互作用，这对理解其相互作用的物理过程较有难2.2控制系统度，因此本文希望通过建模让人们更好地认识设备不考虑直流电流、直流电压等上层指令值产生特性及