Wide-frequency Modeling and Stability Analysis of Controllable Line-commutated Converter Based HVDC Transmission System Using Multiple Switching Functions

BAO Xiaodong; XU Ruiting; JIANG Qin; LI Baohong

doi:10.7500/AEPS20250925001

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Wide-frequency Modeling and Stability Analysis of Controllable Line-commutated Converter Based HVDC Transmission System Using Multiple Switching Functions

Basic Research | 更新时间：2026-10-13

- Wide-frequency Modeling and Stability Analysis of Controllable Line-commutated Converter Based HVDC Transmission System Using Multiple Switching Functions
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Pages: 131-153(2026)
- 作者机构：
  
  四川大学电气工程学院，四川省成都市 610065
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Smart Grid-National Science and Technology Major Project of China(2024ZD0802701)
- DOI：10.7500/AEPS20250925001
  CLC：
- Received：25 September 2025，
  
  Revised：2026-01-07，
  
  Online First：29 June 2026，
  
  Published：25 November 2026
- 稿件说明：
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鲍晓东,徐瑞廷,江琴等.基于多开关函数的CLCC直流输电系统宽频建模与稳定性分析[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250925001.

BAO Xiaodong,XU Ruiting,JIANG Qin,et al.Wide-frequency Modeling and Stability Analysis of Controllable Line-commutated Converter Based HVDC Transmission System Using Multiple Switching Functions[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250925001.
鲍晓东,徐瑞廷,江琴等.基于多开关函数的CLCC直流输电系统宽频建模与稳定性分析[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250925001. DOI：

BAO Xiaodong,XU Ruiting,JIANG Qin,et al.Wide-frequency Modeling and Stability Analysis of Controllable Line-commutated Converter Based HVDC Transmission System Using Multiple Switching Functions[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250925001. DOI：

摘要

可控换相换流器(CLCC)是为解决常规高压直流输电换相失败问题而提出的新型直流换流装备，其动态特性研究在电力系统发展需求下日益重要。然而，CLCC在工作过程中存在复杂的非线性特性，使得CLCC在建模与分析时面临远超电网换相换流器的挑战。传统的建模方法难以有效描述系统中非线性与谐波耦合的动态特性，进而影响了对系统动态响应和稳定性的准确分析。文中针对强迫换相工况下的CLCC，提出了一种基于多开关函数的谐波状态空间建模方法，通过引入多阶段的开关函数，精准地描述了换相重叠过程中的动态特性，成功构建了12脉动CLCC的小信号线性化模型以及阻抗模型。此外，探讨了开关函数设立方式对建模的影响。最后，采用基于阻抗分析的系统稳定性评估方法，分析了影响系统稳定性的关键因素。仿真结果表明，该模型能够准确反映基于CLCC的高压直流输电系统的谐波阻抗特性，电压控制器、锁相环控制器增益均会对系统稳定性产生影响。

Abstract

The controllable line-commute converter (CLCC) is a new type of DC converter equipment proposed to address the commutation failure issues in conventional high voltage direct current (HVDC) transmission systems. Research on its dynamic characteristics has become increasingly important under the development demands of power systems. However

CLCC exhibits complex nonlinear characteristics during operation

which makes its modeling and analysis far more challenging than that of the line commutated converter. Traditional modeling methods struggle to effectively describe the dynamic characteristics of nonlinearity and harmonic coupling within the system

consequently affecting the accurate analysis of system dynamic response and stability. This paper proposes a harmonic state space (HSS) modeling approach based on multiple switching functions for the CLCC under the forced commutation condition. By introducing multi-stage switching functions

the method accurately describes the dynamic characteristics during commutation overlap periods

successfully constructing both a small-signal linearized model and an impedance model for the 12-pulse CLCC. In addition

the impact of switching function configuration on modeling accuracy is investigated. Finally

a system stability assessment method based on impedance analysis is employed to analyze key factors influencing system stability. The simulation results demonstrate that the proposed model accurately captures the harmonic impedance characteristics of the CLCC-HVDC transmission system

while revealing that both the gains of the voltage controller and the phase-locked loop controller affect the system stability.

关键词

Keywords

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