基于有功/无功不平衡激励-内电势幅频响应的设备统一模型

HE Wei; YUAN Xiaoming; JING Haowen; WANG Sicheng

doi:10.7500/AEPS20240607009

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基于有功/无功不平衡激励-内电势幅频响应的设备统一模型

Special Topic on Stable Operation and DC Transmission Technology for Large-Scale Renewable Energy Bases | 更新时间：2025-06-16

- 基于有功/无功不平衡激励-内电势幅频响应的设备统一模型
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 8, Pages: 2-11(2025)
- 作者机构：
  
  华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2022YFB2402700);State Grid Corporation of China(52272222001J)
- DOI：10.7500/AEPS20240607009
  CLC：
- Received：07 June 2024，
  
  Revised：2025-01-26，
  
  Published Online：13 March 2025，
  
  Published：25 April 2025
- 稿件说明：
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何维,袁小明,景浩文等.基于有功/无功不平衡激励-内电势幅频响应的设备统一模型[J].电力系统自动化,2025,49(8):2-11.

HE Wei,YUAN Xiaoming,JING Haowen,et al.Unified Device Model of Active/Reactive Imbalance Excitation-Internal Electric Potential Amplitude/Frequency Response[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):2-11.
何维,袁小明,景浩文等.基于有功/无功不平衡激励-内电势幅频响应的设备统一模型[J].电力系统自动化,2025,49(8):2-11. DOI： 10.7500/AEPS20240607009.

HE Wei,YUAN Xiaoming,JING Haowen,et al.Unified Device Model of Active/Reactive Imbalance Excitation-Internal Electric Potential Amplitude/Frequency Response[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):2-11. DOI： 10.7500/AEPS20240607009.

摘要

新能源发电、直流输电等电力电子设备的大量接入对电力系统的动态行为产生了影响，频繁出现的各类形态复杂的动态稳定问题对系统动态过程分析提出了更高要求。然而，由于当前缺乏反映系统动态的多样化设备统一模型，导致大系统动态过程难以分析，动态失稳的机理仍无法揭示。首先，基于对交流电力系统运行原理与设备功能的一般化认知，提出了基于有功/无功功率不平衡激励-内电势幅值/频率响应第一性原理的设备统一模型架构。然后，通过对同步发电机、异步电动机以及锁相并网变换器这3类典型设备的运行原理进行剖析，阐释了不同设备由不平衡有功/无功功率驱动形成内电势幅值/频率的内秉工作原理，并给出了这三类设备的统一模型示例。最后，通过对示例系统进行仿真，阐释了设备基于有功/无功功率不平衡调节其内电势幅值/频率变化而引起系统动态的本质，说明了所提模型认识系统动态过程的有效性和必然性。

Abstract

The large-scale integration of power electronic devices such as renewable energy power generation and DC transmission

has influenced the dynamic behavior of the power system. The frequent dynamic stability problems of various complex forms pose higher requirements for the analysis of the dynamic process of the system. However

due to the current lack of a unified model of diverse devices that can reflect the system dynamics

it is difficult to analyze the dynamic process of large-scale systems

and the mechanism of dynamic instability still cannot be revealed. Firstly

based on the generalized understanding of the operation principles of the AC power system and the functions of devices

a framework of unified device model based on the first principles of active/reactive power imbalance excitation-internal electric potential amplitude/frequency response is proposed. Then

by analyzing the operation principles of three typical types of devices

namely the synchronous generator

the asynchronous motor

and the grid-connected converter based on the phase-locked loop

the inherent working principles of different devices in forming the internal voltage amplitude/frequency driven by active/reactive power are explained

and the cases of the unified models of these three types of devices are given. Finally

through the simulation of the case system

the essence that the devices adjust the changes of their internal voltage amplitude/frequency based on the active/reactive power imbalance

thereby causing the system dynamics

is elaborated. It illustrates the effectiveness and necessity of the proposed model in understanding the dynamic process of the system.

关键词

Keywords

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