电力电子化电力系统的动力学方法-华中科技大学袁小明_16页_9mb

中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会

电力电子化电力系统的动力学方法

核心内容

本文探讨了电力电子化电力系统中动态过程的物理机制与数学表征方法，重点分析了交直流输电方式下的联合动态过程，提出了基于有功无功功率与幅值频率调制的系统动态分析方法。

主要观点

1. 周期性运动的能量驱动机制

   • 周期性运动中，能量的存储与交换是动态过程的核心。
   • 交变电气量的演化由幅频联合调制驱动，揭示了其能量驱动的本质。

2. 稳定分析的线性化与非线性方法

   • 线性化分析是研究非线性系统平衡点附近小扰动振荡的基础方法。
   • 非线性分析方法需基于对物理过程的深入理解，发展以状态演化全过程为目标的非线性解析方法。

3. 幅频联合动态过程的物理机制

   • 交直流输电系统中，内电势的幅值与频率变化对线路电流和端口功率有显著影响。
   • 通过实虚作用力与幅频运动状态变量的对偶序列，可表征系统非线性特性。

4. 交直流输电方式的动力学统一性

   • 无论柔性直流还是常规直流输电，其动态特性均可通过两端电压激励与两端电流响应的关系统一表征。
   • 交直流输电方式下，多机交互作用的特征与影响需被重视。

关键信息

• 振荡的本质：交流系统振荡源于能量交换，其动态演化由实虚电压激励和电流幅频响应驱动。
• 能量驱动机制：系统动态过程中的能量存储状态与幅频演化密切相关，反映了电气量的瞬时值变化。
• 锁相控制的误区：锁相控制中，内电势频率仍由不平衡实虚作用力激励响应决定，而非由端电压锁相频率确立。
• 有功无功-幅值频率调制方法：该方法通过建立实虚作用力与幅频运动状态变量的数学关系，实现对系统动态过程的自洽分析。
• 线性化与非线性分析：设备和网络的激励响应关系可通过线性化方法进行建模，但非线性分析需考虑幅频联合调制过程。
• 系统动态稳定分析：该方法可有效分析系统在小扰动下的稳定性，揭示振荡的参数敏感性及阻尼控制的有效性。

系统动态稳定分析的有功无功-幅值频率调制方法

• 通过设备和网络上的实虚作用力与幅频运动状态变量建立数学关系，实现对系统动态过程的自洽分析。
• 仿真和实验验证了该方法的有效性，包括能量驱动机制、振荡参数敏感性及阻尼控制能力。

非线性分析的有功无功-幅值频率调制对偶序列方法

• 基于对电力系统瞬时值与幅频值演化机制的认知，提出非线性分析的对偶序列方法。
• 该方法以线性化分析为起点，逐步构建非线性解析模型，适用于复杂动态过程。

系统幅频联合动态过程物理机制认知

• 设备运动方程：设备特性由不平衡有功无功功率作用下的内电势幅频响应决定。
• 网络运动方程：线路两端电压激励与电流响应之间的关系决定了端口功率变化，体现了网络对多机交互作用的协同驱动。

联合动态过程的网络协同驱动-设备分散随动机制

• 网络对慢尺度激励的“静态”响应和对快尺度激励的“动态”响应决定了系统慢快尺度动态问题的主导因素。
• 设备与网络在动态过程中的协同与分散作用是系统同步与稳定的关键。

交直流输电方式下联合动态过程的统一物理机制

• 交直流输电线路的两端电压激励与两端电流响应关系可统一表征其动态特性。
• 常规直流和柔性直流输电方式在功率突变扰动下的同步转矩和阻尼转矩影响具有相似性。
• 研究交直流输电方式下的多机交互作用对于系统稳定性至关重要。

总结

本文系统地分析了电力电子化电力系统中动态过程的物理机制与数学表征方法，提出以有功无功功率与幅值频率调制为核心的非线性分析方法，揭示了交直流输电方式下联合动态过程的统一性。该方法不仅适用于小扰动稳定分析，还可扩展至复杂动态过程的解析，为电力系统稳定性研究提供了新的理论与工具。