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中国电机工程学报 2024年第18期44卷 7349-7360,I0020页

作者：胡家兵朱建行郭泽仁侯云鹤郭剑波强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 电机电子工程系(香港大学) 中国电力科学研究院有限公司

面向国家能源安全和双碳战略的重大需求，大规模多样化的电力电子装备以不同的形式和功能参与到现代电力系统源-网-荷各环节中，受多样化电力电子装备多时间尺度时变动态影响的电力电子化电力系统稳定机制发生根本性改变。近年来，国内... 详细信息

面向国家能源安全和双碳战略的重大需求，大规模多样化的电力电子装备以不同的形式和功能参与到现代电力系统源-网-荷各环节中，受多样化电力电子装备多时间尺度时变动态影响的电力电子化电力系统稳定机制发生根本性改变。近年来，国内外电力系统中持续出现与电力电子装备相关的各种机理不明的振荡事故，表现为振荡频率范围较宽的多时间尺度时变动态问题，严重威胁电力电子化电力系统的安全稳定运行。该文从多样化电力电子装备原始特征出发，归纳电力电子化电力系统多时间尺度时变动态基本特性，并分别从小干扰建模和动态稳定分析归纳对不同理论方法的基本认识，随后从适用于电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定快速分析计算为根本目标，凝练基于线性周期时变理论小干扰建模和动态稳定直接分析的研究思路。

关键词：电力电子化电力系统多时间尺度线性周期时变系统 Floquet-Lyapunov理论谐波状态空间模型

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车-网系统宽频带谐波耦合建模与稳定性分析

车-网系统宽频带谐波耦合建模与稳定性分析

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作者：王可心西南交通大学

学位级别：硕士

高速列车凭借高速、环保、平稳舒适等优势,成为了我国目前最受欢迎的交通出行方式之一,保障列车的安全稳定运行至关重要。随着越来越多的列车接入牵引网,低频振荡、谐波谐振及谐波不稳定等宽频带振荡现象时有发生,导致牵引网的电能质量... 详细信息

高速列车凭借高速、环保、平稳舒适等优势,成为了我国目前最受欢迎的交通出行方式之一,保障列车的安全稳定运行至关重要。随着越来越多的列车接入牵引网,低频振荡、谐波谐振及谐波不稳定等宽频带振荡现象时有发生,导致牵引网的电能质量恶化,严重危害列车的运行安全。因此,分析车-网系统的谐波耦合关系,探明不同参数对系统宽频带稳定性的影响规律具有重要意义。然而,现有建模方法未能统一分析不同参数在宽频带内对系统稳定性影响。为此,本文以高速列车-牵引网耦合系统作为研究对象,致力于建立适用于宽频带振荡分析的统一模型。具体包含如下研究内容:首先,基于线性时不变(Linear Time Invariant,LTI)理论,忽略系统的开关特性,详细推导了二阶广义积分器(Second-Order Generalized Integrators,SOGI)和锁相环(PhaseLocked Loop,PLL)环节在dq坐标系下的传递函数,进而建立了网侧整流器及其控制系统的dq阻抗模型。在此基础上,推导了列车和牵引网的dq阻抗模型,并利用dq阻抗测量技术验证了所建立的模型在低频段的准确性。其次,针对当振荡频率超过1/2开关频率的宽频带振荡现象难以用dq阻抗模型进行准确分析的问题,本文基于线性周期时变(Linear Time Periodic,LTP)理论建立了开环和闭环控制下网侧整流器系统的谐波状态空间(Harmonic State Space,HSS)模型,推导了基于HSS的列车牵引系统小信号阻抗模型,并利用单相阻抗测量技术验证了该模型的准确性。此外,利用该模型揭示了网侧整流器内部的频率耦合关系及牵引网与列车之间的交互耦合作用,为系统的宽频带振荡分析提供了理论基础。然后,分别利用dq阻抗模型与基于HSS的阻抗模型对车-网耦合系统进行稳定性分析,探究不同电气参数和控制参数对系统稳定性的影响。频域分析结果与时域仿真相符,表明了基于LTI理论的dq阻抗模型在低频段进行稳定性分析的适用性。同时,分析结果还表明基于HSS的阻抗模型在宽频带范围内进行稳定性分析均适用,解决了不同振荡现象分析时模型不统一的问题。最后,搭建等效车-网系统的小功率实验平台进行验证。利用频率响应分析仪测量整流器及其控制系统的交流侧阻抗,测试结果与理论模型有较好的匹配,验证了本文所建立的基于HSS的阻抗模型的准确性。同时利用该平台复现低频振荡现象,参数变化对低频稳定性的影响规律与理论分析结果基本一致,进一步表明了利用HSS模型分析车-网耦合系统稳定性的准确性。

关键词：车-网耦合系统宽频带振荡现象稳定性分析 dq阻抗模型谐波状态空间模型

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