高占比换流器电网的电压-功率小扰动谐波潮流稳定分析理论:数学模型 (Small-Signal Harmonic Power Flow Stability Analysis Theory for Converter-Dominated Power Grids: Mathematical Model)

随着双碳目标推进，电力系统中换流器占比上升，导致系统对扰动更为敏感。传统阻抗/导纳矩阵法因难以刻画非线性频率耦合效应而受限。本文基于电压-功率同频扰动特性，提出电压-功率小扰动谐波潮流概念，构建集总元件与典型换流器的谐波模型，并建立高占比换流器电网的电压-功率谐波潮流数学模型。进一步提出电磁仿真测量方法，在IEEE 9节点系统中验证了模型的有效性。

随着双碳目标的迅速推进,电力系统中的换流器占比显著提升并导致系统对扰动的灵敏度增加.该特性一方面使电力系统具备更强的扰动处理和控制能力,另一方面也意味着如果系统的控制设计不当更加容易被扰动所影响并诱发谐振失稳的问题.目前,研究电力系统抗(小)扰动能力的主流方法是阻抗网络/节点导纳矩阵法,通过系统节点导纳矩阵的特征根即可辨识系统的谐振模式.然而,换流器引入的非线性频率耦合效应导致系统电压/电流在扰动激励下出现非同频分量,使得传统基于同频电压-电流关系的阻抗/导纳矩阵难以完整揭示系统的动态特性.通过进一步研究发现,换流器端口电压幅值/相位和有功/无功功率的扰动始终为同频关系.该文从电压-功率关系的视角出发,首先类比工频潮流给出电网电压-功率小扰动谐波潮流的定义和概念;接着,分别给出集总电路元件(电阻、电感、电容)和典型电力电子换流器的电压-功率谐波模型构建方法;然后,推导并构建高占比换流器电网电压-功率小扰动谐波潮流模型,用以揭示系统电压-功率之间的小扰动动力学作用关系;其次,给出电网电压-功率谐波潮流模型的电磁仿真测量方法,并以IEEE 9节点系统为例,在Matlab/Simulink仿真软件中对所提模型进行仿真验证.