مدلسازی ریاضی و خطی‌سازی یک سیستم قدرت مجهز به vsc-hvdc برای تحلیل پایداری سیگنال کوچک

با توجه به افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر و چالش‌های پایداری دینامیکی ناشی از ضعف شبکه‌های محلی و ماهیت متناوب این منابع، فناوری انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا مبتنی بر مبدل منبع ولتاژ (vsc-hvdc) به دلیل مزایایی چون کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو و قابلیت اتصال به شبکه‌های ضعیف، به عنوان راه‌حل بهینه برای ادغام این منابع شناخته می‌شود.این مقاله به ارائه یک چارچوب سیستماتیک برای مدل‌سازی ریاضی و خطی‌سازی یک سیستم قدرت تک‌ماشینه باس بی‌نهایت مجهز به لینک vsc-hvdc می‌پردازد. ابتدا، معادلات دینامیکی غیرخطی سیستم، از جمله دینامیک الکترومکانیکی ژنراتور (بر پایه مدل اصلاح‌شده فیلیپس-هفرون) و دینامیک الکترونیک قدرت مبدل‌های vsc، با استفاده از تبدیل پارک در چارچوب دوار dq استخراج گردیدند.سپس، با استفاده از بسط سری تیلور درجه اول حول یک نقطه تعادل، مدل فضای حالت خطی‌شده سیستم به دست آمد. این مدل جامع، شامل هفت متغیر حالت کلیدی (شامل زاویه روتور، سرعت، ولتاژ داخلی، ولتاژها و جریان لینک dc) و چهار ورودی کنترلی مبدل‌ها است که منجر به استخراج تحلیلی ماتریس‌های حالت (a) با ابعاد (14×14)و ورودی (b) با ابعاد(4×14)می‌شود.مدل خطی‌شده ارائه‌شده ابزاری کارآمد برای تحلیل پایداری سیگنال کوچک از طریق محاسبه مقادیر ویژه و ارزیابی دینامیک سیستم فراهم می‌کنداین چارچوب می‌تواند به‌عنوان مبنایی موثر برای طراحی و بهینه‌سازی کنترلرهای پیشرفته در سیستم‌های قدرت هیبریدی ac-dc با نفوذ بالای منابع تجدیدپذیر (res-hvdc) مورد استفاده قرار گیرد.

mathematical modeling and linearization of a vsc-hvdc equipped power system for small signal stability analysis

given the increasing penetration of renewable energy sources and the dynamic stability challenges arising from weak local grids and the intermittent nature of these sources, voltage source converter-based high-voltage direct current (vsc-hvdc) transmission technology has emerged as an optimal solution for integrating these sources due to its advantages, including independent control of active and reactive power and its capability to operate with weak networks. this paper presents a systematic framework for the mathematical modeling and linearization of a single-machine infinite-bus power system equipped with a vsc-hvdc link. first, the nonlinear dynamic equations of the system, comprising the electromechanical dynamics of the generator (based on a modified phillips–heffron model) and the power electronic dynamics of the vsc converters, are derived using the park transformation in the rotating dq frame reference frame. subsequently, by applying a first-order taylor series expansion around an equilibrium operating point, a linearized state-space model of the system is obtained. the comprehensive linear model includes seven key state variables (such as rotor angle, speed, internal voltage, and dc-link voltages and currents) and four converter control inputs, resulting in analytically derived state (a) and input (b) matrices with dimensions (14 × 14) and (4 × 14), respectively. the proposed linearized model serves as an effective tool for small-signal stability analysis through eigenvalue computation and system dynamic assessment. this framework can be effectively utilized as a foundation for the design and optimization of advanced controllers in hybrid ac-dc power systems with high penetration of renewable energy sources (res-hvdc)