柔性直流输电的小信号稳定性研究及控制系统参数设计.pdf

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1、第42卷第3期华北电力大学学报Vo1．42．No．32015年5月JournalofNoAhChinaElectricPowerUniversityMay，2015doi：10．3969／j．ISSN．1007—2691．2015．03．02柔性直流输电的小信号稳定性研究及控制系统参数设计熊凌飞，韩民晓，万磊(1．华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206；2．中国电力科学研究院，北京100192)摘要：针对柔性直流输电(VSC-HVDC)稳定性问题，采用状态空间方程，建立了包含电压源型换流器。交流系

2、统，控制系统(内／外环控制器，锁相环)及直流线路的VSC—HVDC小信号模型，并对各部分的数学模型进行了详细推导。为了验证所建模型的正确性，将其与PSCAD／EMTDC中所建对应的电磁暂态模型进行了详细的时域对照。最后，利用根轨迹的方法对整个交直流系统进行了稳定性研究，详细分析了控制系统中各部分参数对系统稳定性的影响。关键词：柔性直流输电；小信号稳定性；控制系统；参数优化中图分类号：TM726文献标识码：A文章编号：1007—2691I2015)03—0008—07ResearchonSmall-signa

3、lStabilityofVSC·HVDCandControlSystemParameterDesignXIONGLingfei，HANMinxiao，WANLei(1．SchoolofElectricalandElectronicEngineering，NoahChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China；2．ChinaElectricPowerResearchInstitute，Beijing100192，China)Abstract：Thesmalls

4、ignalmodelofVSC-HVDCwasbuiltbasedonthestatespaceequationstoanalyzethestabilityproblem．Themodelincludedconve~er，ACsystem，controlsystem(inner／outerloop，PLL)andDCtransmissionline，andtheequationsofeachpartwerefullydeduced．Themodelbuiltinthispaperwasverifiedbyc

5、omparingwithEMTPmodelintimedomainwhichisbuiltinPSCAD／EMTDC．Finally，thestabilityofVSC—HVDCwasanalyzedwithrootlocus，andtheeffectofparametersofcontrolsystemtothewholesystemwasinvestigatedindetail．Keywords：VSCHVDCtransmission；small～signalstability；controlsyste

6、m；parameteroptimization控制方式主要包含内环电流控制和外环电压控制0引言两个部分。其中锁相环(PLL)为坐标变换提供公共连接点(PCC)电压的同步相位信息。控制系统近年来，柔性直流输电(vsc-HVDC)因其可通过控制换流器的开关开断，将三相交流量转换实现有功功率及无功功率的解耦控制，交流电流为二维直流量，实现交／直间的变换。谐波含量低，不会出现换相失败等诸多优点，在风目前，已经有大量文献对vsc．HVDC做了相电等新能源接入，城市供电，向无源系统供电等领关研究。文献[2—6]建立了V

7、SC—HVDC的暂态域具有广阔的应用前景。数学模型，在时域下对控制策略进行了研究，但基于同步旋转坐标系下的矢量电流控制是并未从系统稳定性的角度进行分析。文献[7]提vsc．HVDC目前最为广泛使用的控制方式⋯。该出对整个VSC．HVDC系统控制体系建立四层结构的框架式研究，阐述了每个控制层次的控制功能和范围以及各层次之间的相互关系。文献[8]收稿日期：2015-01-29．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51177044)对状态方程进行了线性化，推导了VSC-HVDC的第3期熊凌飞，等：柔性直流输电的小

8、信号稳定性研究及控制系统参数设计9小信号模型，但文中仅分析了控制系统的开环传递函数，且未考虑锁相环对稳定性的影响。VSC：HVDC是一个多输入多输出的高阶系统，且与交流系统高度耦合，因此，单独对控制系统分析，或单输入单输出的传递函数，已经很难准确反映交直流系统的动态特性及相关的稳定性问题。锁相环(PLL)作为VSC控制系统中重要的组成部分，对系统稳定性影响不能忽略，文献[2—6，8]在对VSC进行稳定性的分析时，