一种基于转移矩阵的交直流系统小信号建模方法

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2017.08.017

电力建设 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (8): 123-.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.08.017

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一种基于转移矩阵的交直流系统小信号建模方法

张利东1，曹昕2，韩民晓2

（1.ABB合作研发中心，瑞典维斯特罗斯市 72178；2.华北电力大学，北京市 102206）

出版日期:2017-08-01
作者简介:张利东（1969），男，博士，重点科学家，主要研究方向为电力电子在电力系统中的应用等分号曹昕（1994），男，博士研究生，本文通信作者，主要研究方向为电力电子在电力系统中的应用分号韩民晓（1963），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为电力电子在电力系统中的应用等。
基金资助:
高等学校学科创新引智计划项目（“111”计划）（B08013）

A Small-Signal Modeling Method for AC/DC System Based on Transfer Matrix

ZHANG Lidong1, CAO Xin2, HAN Minxiao2

（1.ABB Corporation Research Center，Vasteras 72178，Sweden；2.North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

Online:2017-08-01
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摘要/Abstract

摘要： 摘要：随着电力系统中大功率电力电子换流器的大规模使用，电力系统的建模和稳定分析变得更加具有挑战性。首先提出了一种基于转移矩阵的交直流电力系统小信号建模方法，其特点是显性定义了一个电力系统的被控对象，即文中定义的雅克比转移矩阵（Jacobian transfer matrix，JTM）。其次建立了一个电压源换流器（voltage source converter，VSC）连接交流电压源的电力系统，使用雅克比转移矩阵建模法进行分析，发现雅克比转移矩阵法适用于电力系统低频稳定问题，并且发现随着负荷角的增加，雅克比转移矩阵的零点向原点移动，零点到达原点过程中画出的轨迹刚好对应相量法中的功角和电压稳定边界。在研究电力系统谐振问题的过程中，使用雅克比转移矩阵建模法建立了系统的小信号模型。使用高通滤波器HHP（s）为谐振极点提供虚拟阻尼。研究发现，随着HHP（s）的电流控制增益逐渐增大，雅克比转移矩阵的谐振极点逐渐移向左半平面，系统的稳定性增强。同时，这种阻尼效应对交流系统的任何谐振频率都适用。

关键词: 交直流系统, 雅克比转移矩阵（JTM）, 稳定性, 反馈控制, 零极点, 高通滤波器, 虚拟电阻

Abstract: ABSTRACT： With the broadly application of high power electronic converters in power system, modeling and stability analysis of power system are becoming ever more challenging. Firstly, this paper proposes a small-signal modeling method for AC/DC power system based on transfer matrix concept, whose characteristic is explicitly defining a controlled object of a power system as the so-called Jacobian transfer matrix （JTM）. Secondly, this paper establishes a power system with an AC voltage source connected with a voltage source converter （VSC）. By applying JTM modeling method, it can be found that JTM is appropriate for low frequency stability of power system. In addition, with the increase of load angle, the zero of JTM moves to origin, and the trajectory corresponds to the power angle and voltage stability boundary in phasor method. Then, to study power system resonance, JTM modeling method is used to build a small-signal model of system. The resonance pole is provided with virtual damping by a high-pass filter HHP（s）. The result shows that, with the increased current control gain of HHP（s）, the resonance poles of JTM are shifted to the left half-plane and the system stability is improved. Meanwhile, the damping effect is applicable to any resonance frequency of AC system.

Key words: AC/DC power system, Jacobian transfer matrix （JTM）, stability, feedback control, pole-zero, high-pass filter, virtual resistor

中图分类号:

TM 76

张利东，曹昕，韩民晓. 一种基于转移矩阵的交直流系统小信号建模方法[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 123-.

ZHANG Lidong, CAO Xin, HAN Minxiao. A Small-Signal Modeling Method for AC/DC System Based on Transfer Matrix

[J]. Electric Power Construction, 2017, 38(8): 123-.

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A Small-Signal Modeling Method for AC/DC System Based on Transfer Matrix

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