渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

基于交叉耦合锁相环的多频带滤波器：一种检测系统多时间尺度振荡的自适应滤波器

电力电子装备的大规模应用所引起的振荡,给电力电子化电力系统安全与稳定运行带来了巨大挑战。为解决上述振荡问题,通常需要使用滤波器检测系统振荡信息并设计相应的附加稳定控制器。然而,电力电子装备所引起的振荡呈现出多时间尺度和振荡频率大范围漂移等新特征,传统固定带宽的滤波器已经难以适用。为此,该文提出一种基于交叉耦合锁相环的多频带自适应滤波器,可以快速跟踪并检测电力电子化电力系统所出现的多时间尺度振荡。首先介绍所提出滤波器的结构及工作原理,然后建立该滤波器的小信号模型并验证模型的准确性。通过研究所提出滤波器的特性,该文发现,其他通道交叉耦合的影响相当于在待研究滤波通道中级联了一个陷波器,陷波器中心频率为其他滤波通道锁相环的中心频率。此外,所提出的滤波器可以用于构建电力电子装备的广义稳定器,并解决电力电子化电力系统多时间尺度振荡及振荡频率漂移的问题。     

基于MEMD和HHT的电力系统低频振荡模式识别方法研究

提出了一种基于多元经验模态分解(Multivariate empirical mode decomposition,MEMD)和希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)相结合的电力系统低频振荡模式辨识新方法。针对经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)只适用于单通道模式辨识的局限性,以及存在模式混叠和辨识效率低的缺点,引入MEMD方法对多通道量测信号进行分解处理,获取各通道中表征不同频率尺度的固有模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)分量,实现多通道量测信息的协同分解。在此基础上,引入Teager能量算子筛选出含主导振荡模式的关键IMF。针对主导振荡模式在振荡过程的时变特性,借助HHT追踪各主导振荡模式的瞬时振荡频率和阻尼比。最后,通过16机68节点测试系统仿真数据和辽宁电网PMU实测数据对所提方法进行分析、验证。结果表明了所提方法的准确性和有效性。     

基于附加级联陷波滤波器的MMC-HVDC多频段谐振抑制策略

针对基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电系统（MMC-HVDC）存在的中高频谐振问题,建立了MMC交流侧阻抗模型,分析了MMC呈现负阻尼特性的关键因素,即延时、电压前馈环节是主导MMC中高频段呈现负阻尼特性的主要原因,功率外环对中频段阻尼特性有较大的影响。对此,提出了附加级联陷波滤波器配置方法以最大限度地衰减电压前馈和功率外环对MMC的阻尼特性影响,在此基础上,针对正负序控制器引发的阻抗波动性问题提出了附加阻尼反馈环节和内环附加级联陷波滤波器2种抑制策略消除特定多频段的谐振风险。最后根据奈奎斯特判据分析了采用抑制策略的MMC与电网交互的谐振稳定性,并在电磁仿真软件中验证了理论分析和抑制方法的正确性与有效性。     

三相不平衡高频振荡的相量测量方法

实时测量高频振荡相量可为高频振荡自适应抑制环节提供信息支撑.然而,高频振荡频率处正负序都可能存在不稳定模式,从而导致振荡信号三相不平衡特征明显,影响高频振荡相量测量准确度.因此,提出一种基于sinc插值函数的高频振荡相量测量方法.首先,对系统三相信号进行Clark变换;然后,基于sinc插值函数对负序振荡分量进行建模,进一步求解得到高频振荡相量和频率;最后,通过采用数值仿真信号、PSCAD仿真数据和实测数据进行测试发现,所提方法比传统方法具有更好的负序分量干扰抑制能力,准确度更高.     

考虑频率耦合的MMC序阻抗建模及附加陷波器阻抗重塑方法

模块化多电平变流器(modular multilevel converter, MMC)与电网间的频率耦合会影响变流器的阻抗特性,常规研究未考虑频率耦合造成的阻抗模型不准确,对分析系统阻抗特性造成了困扰。针对此问题,建立考虑频率耦合下MMC的全阶阻抗模型,进而分析系统稳定性。在此基础上提出一种基于陷波滤波器的MMC阻抗优化方案,解决弱电网互联系统的稳定问题。在分析MMC传统阻抗建模不能有效发现实际低频段振荡的原因基础上,研究频率耦合在MMC建模中的产生机理和影响程度。根据频率耦合的产生机理,建立小信号模型及变量关系,推导出频率耦合下的MMC全阶阻抗模型。依据全阶模型,提出一种基于陷波器的系统阻抗优化方案,有效解决了MMC弱网互联系统的低频振荡及稳定分析问题。仿真结果验证了耦合下MMC全阶阻抗模型的准确性及低频振荡阻抗优化的可行性。     

基于C型滤波器的MMC高频振荡抑制及参数设计方法

由于链路延时，基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统的高频段规律性出现负阻尼特性，易与交流系统阻抗相互作用，造成高频振荡现象。为完全消除MMC的负阻尼，提出在交流母线处并联C型滤波器的无源抑制方法，通过设计其串联谐振支路在基频处谐振，可减少滤波器的基频有功损耗。此外，提出了基于第1负阻尼频段的参数设计方法，且参数选取时考虑了元件成本。电磁暂态仿真结果表明，所提C型滤波器及其参数设计方法能够大幅减少基频有功损耗，有效抑制MMC高频振荡，且不会影响系统的稳态和暂态特性。     

基于陷波控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略

由于控制链路延时、电压前馈的影响,基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统可能发生高频振荡现象.首先在dp坐标下建立了包含链路延时、前馈在内的柔直系统高频阻抗模型和交流系统等效模型,分析了柔直系统高频振荡机理及影响因素.在此基础上,提出了基于陷波控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略,给出了陷波控制器参数设计方法.最后通过电磁暂态仿真验证了所提控制策略的正确性、可行性.     

基于谐振频率预测模型的配电网电容电流测量方法

现有配电网电容电流测量的信号注入法在测量精度和速度上暂不能达到平衡,为更适应测量系统快速跟踪变化的要求,提出了一种谐振频率预测模型。该模型直接根据波形波峰间的时间差进行谐振频率的计算,能够快速确定电容电流大小,大大缩短测量时间。为有效消除具有一定频率偏差的工频信号干扰,设计了级联陷波器对中性点电压信号进行处理。多组仿真实验证明,该模型测量方法可有效消除工频信号干扰,计算简便,测量精度高、速度快。     

海上风电经柔性直流送出系统高频振荡分析及抑制策略

近年来,柔性直流输电已经是风电深远海开发的有效方案,随着大量用于远海风电并网的柔性直流输电系统不断投运,高频振荡现象在实际工程中频繁出现。然而,现有研究大多聚焦于新能源交流并网系统或异步分区电网交互所产生的高频振荡现象,针对海上风电经柔性直流送出系统的高频振荡研究尚不充分。并且现有模块化多电平换流器(MMC)高频段阻抗模型通常忽略换流器中、低频段特性,使得投入高频振荡抑制策略对中、低频阻抗特性的影响无法被准确揭示。为此,本文首先考虑系统链路延时的影响,基于谐波状态空间建立MMC全频段阻抗模型。在此基础上,分析海上风电经柔性直流送出系统高频振荡机理,并设计控制参数优化策略。最后,基于Matlab/Simulink搭建海上风电经柔性直流送出系统电磁暂态仿真模型,并验证本文所建阻抗模型的精确性以及高频振荡抑制策略的有效性。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

基于无源阻尼的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略

柔性直流输电系统的控制链路延时效应使系统阻抗在高频段呈现负阻尼特性，可能导致与交流线路分布电容相互作用产生高频振荡。现有抑制策略中，附加低通滤波器等有源阻尼策略对运行工况和延时时间变化的适应性较差，无源阻尼策略适应性较好但面临功率损耗较大等问题。基于此，本文首先建立考虑完整控制环节和延时效应的模块化多电平换流器交流阻抗模型，通过阻抗分析法分析高频振荡的产生原因，其次提出基于无源阻尼的高频振荡抑制策略及参数设计方法，最后通过抑制效果分析和功率损耗比较证明所提高频振荡抑制策略的有效性。结果表明，所提振荡抑制策略可适应延时时间的变化，实现高频振荡的有效抑制且基波功率损耗低。     

基于电容能量的模块化多电平换流器次同步振荡抑制及其阻抗分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)易与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的情况,文中提出一种基于MMC电容能量控制的次同步振荡抑制方法。该方法通过控制环流的零序分量来调制MMC中储存的电容能量,使得电容能量根据公共连接点频率对次同步振荡进行阻尼。基于谐波状态空间理论建立考虑能量控制的MMC序阻抗模型,从交流侧阻抗角度分析能量控制对MMC动态的影响,并研究MMC与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的机理。分析结果表明,能量阻尼控制抑制了MMC阻抗中次同步频段的谐振峰;风电出力过大或电网短路比过小时,MMC易出现次同步振荡;在MMC采取定交流电压与定功率控制两种情形下,文中提出的能量阻尼控制都能有效阻尼次同步振荡。此外,理论阻抗建模及控制器性能都在电磁暂态仿真中得到验证。     

基于谐波状态空间模型的MMC系统高频振荡分析

为准确分析模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)输电系统高频振荡现象,基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,综合考虑MMC装备内部动态特性建立了二阶截断下系统的HSS模型,结合该模型计算得系统特征根分布,进而判定系统稳定性及对振荡频率进行预测。基于以上建模分析过程探究了交流网络、系统长链路延时及控制器参数对系统高频稳定性的作用规律。得出系统高频振荡由MMC装备及交流网络相互作用引起,系统高频稳定性随交流线路电阻及对地电容参数增大而提升,且系统长链路延时是引发高频振荡的主要因素,控制器部分,合理参数范围内,基频电流环参数对系统高频稳定性有显著影响,系统发生高频振荡风险随其控制带宽增大而提升,功率外环及锁相环参数对系统高频稳定性影响极小,环流抑制环参数对系统高频稳定性几乎无影响,可从优化交流网络特性、减小系统延时和围绕基频电流环附加控制环节等角度提出高频振荡抑制措施。以上分析结论通过MATLAB/Simulink时域仿真得到验证。     

基于多频段动态相量法的MMC换流器建模方法

大规模交直流电网中,为了提高仿真速度,换流器通常采用外特性建模。动态相量法和频率偏移法是两种常用的外特性建模方法。传统的动态相量法能够增大仿真步长,但由于存在较大的谐波截断误差导致精度较差。频率偏移法仅用于以工频为主导频率的窄带信号,当信号含有较高频率成份时,无法适用。该文应用提出的多频段动态相量法,进行模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的外特性建模,实现仿真精度和速度的兼顾。该文首先建立MMC的开关函数模型,给出开关函数的高阶解析式,以此为基础,建立MMC换流器多频段动态相量频段耦合模型。然后,面向CPU的多核芯特点,分析MMC的运行特性,建立MMC多频段动态相量频段解耦模型,实现频段间的并行大步长仿真。最后通过仿真算例,与MMC详细模型进行对比,验证模型的有效性。     

V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理分析

风电经柔性直流输电并网系统中，V/f控制的模块化多电平换流器(MMC)带换流变压器空载充电时可能发生高频振荡，换流变压器动态和MMC控制环节动态对系统高频振荡有较大影响。文中研究V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理，分析交流电路参数和MMC控制参数对系统高频小干扰稳定性的影响。首先，建立考虑换流变压器杂散电容的送端MMC换流站谐波状态空间模型，通过分析换流变压器杂散电容变化时的特征值轨迹，并与时域仿真结果进行对比，说明高频小干扰稳定性分析中考虑杂散电容的必要性。然后，对MMC带换流变压器空载充电时的高频振荡模式进行参与因子分析，确定参与程度较高的状态变量和关键环节，建立适用于高频小干扰稳定性分析的降阶模型，并利用阻抗特性分析揭示系统发生高频振荡的机理。最后，通过计算系统特征值轨迹，分析交流电路参数和MMC控制参数对系统高频小干扰稳定性的影响，利用电磁暂态仿真验证了分析结果的正确性。     

基于稳定域的阻尼控制器设计及其抑制多频段振荡

首先提出了一种多频段稳定域的方法用于优化设计机侧/网侧多通道附加阻尼控制器。在此基础上,以TC-SC导通角组成的多频段稳定域最大为优化目标建立协调优化模型,并采用遗传算法对其进行求解,得到能最大程度提高系统阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真表明,经过协调优化的阻尼控制器能有效地抑制包括低频振荡与次同步振荡在内的多频段振荡。     

直驱风电场经柔直送出系统近工频正/负序振荡机理分析

近期,某实际新能源经柔直送出系统出现了40～60 Hz的近工频正序和负序振荡现象,导致新能源降出力运行。新能源经柔直送出系统的近工频振荡较其他频段振荡的机理更为复杂,影响因素更多。针对直驱风电场经柔直送出系统近工频振荡稳定性问题,建立了含正/负序控制的直驱风电机组和柔直送端模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的精细化阻抗模型,从阻抗特性角度揭示了直驱风电场经柔直送出系统产生近工频正/负序振荡的机理;定义了参数相位裕度灵敏度,量化分析了直驱风电场柔直送出系统近工频振荡稳定性的关键影响因素。最后,搭建直驱风电场经柔直送出系统的电磁暂态仿真模型,仿真复现了实际系统的近工频正序和负序振荡现象,并验证了近工频振荡机理分析的正确性。     

电压前馈环节对MMC交流侧阻抗的影响研究

阻抗分析法被广泛应用于研究柔性直流系统的稳定性问题,而模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型是该分析法的理论基础。这里基于多谐波线性化理论,建立了考虑电压前馈的MMC交流侧阻抗详细模型,研究发现电压前馈导致MMC交流侧阻抗在高频段存在剧烈波动现象;建立了适用于分析MMC高频段特性的阻抗简化模型,基于该模型分析了电压前馈导致高频段阻抗存在剧烈波动的机理;研究了电压前馈环节对MMC-高压直流(HVDC)系统稳定性的影响,分析结果表明:电压前馈环节大幅削弱了系统稳定性,易引发系统发生高频振荡。最后实验验证了所建阻抗模型的准确性及相关理论分析的正确性。     

用基于全通滤波器的ⅡR陷波器抑制工频通信中的谐波干扰

针对双向工频通信的信号特征，为了解决IIR陷波滤波器系数在低频段敏感度高的问题，提出采用基于全通滤波器的IIR陷波滤波器来消除电网谐波干扰的新方法。该陷波器可以由格型运算结构来实现，并因为全通滤波器的分子与分母之间的镜像对称关系，使滤波器在低频段具有非常低的系数敏感度。该文详细论述了该陷波滤波器的基本原理和设计方法，并通过一个设计实例说明了该方式由于量化效应引起的频率偏移量要远远小于级联方式。现场实验与仿真都证明了该滤波器能够非常有效地抑制电网中的基波和3、5次谐波，大大提高了对双向工频通信信号的检测能力。