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。     

柔性直流输电系统交流侧中高频谐振附加阻尼抑制措施

中国鲁西背靠背直流异步联网工程和渝鄂直流背靠背联网工程均发生过高频谐振现象,柔性直流输电系统的链路延时是导致高频谐振现象发生的关键因素.文中针对柔性直流输电系统的中高频谐振问题,基于谐波线性化方法建立了柔性直流输电系统从交流侧端口看过去的等效详细阻抗模型,并分析了模块化多电平换流器(MMC)阻抗在中高频段呈现负阻尼特性的原因.然后,对比分析了在电压前馈环节采用低通滤波器、带阻滤波器和非线性滤波器等控制方式对MMC阻抗特性的改善作用与谐波抑制效果,并提出3种附加阻尼控制器,分析了其对MMC阻抗特性的改善作用.最后,以鲁西背靠背直流异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD电磁暂态仿真验证了详细阻抗模型的正确性和附加阻尼控制的有效性.     

V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析

为研究交流侧电压控制,即V/f控制下柔性直流输电系统的中高频谐振问题,考虑正负序交流电压和电流内外环、电压前馈以及系统调制与控制链路延时等环节的作用,采用谐波线性化的方法建立了柔性直流换流器的交流侧正负序等效阻抗模型;分析了交流电压控制方式、电压前馈控制方式、控制系统参数、链路延时大小等因素对V/f控制下柔性直流换流器中高频阻抗特性的影响;通过对控制系统结构和参数进行优化,提出了柔性直流换流器中高频等效阻抗的改善措施,抑制换流器负阻尼。以66 kV交流汇集的海上风电柔性直流送出系统为例,分析了柔性直流换流器对系统中高频谐振特性的影响。最后,分别通过阻抗扫描和电磁暂态仿真验证了等效阻抗模型的正确性和阻抗改善措施的有效性。     

柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略(一)：稳定性分析

柔性直流输电系统因大链路延时导致的高频振荡现象已经在实际工程出现。为探究高频振荡的机理及关键影响因素,该文首先从换流站和交流系统2个方面分别建立高频状态空间数学模型,换流站模型聚集MMC内部动态过程、控制内外环、锁相环、环流抑制及Pade函数模拟的大链路延时环节,交流系统则是建立以多个?模型来模拟线路分布式参数特性的通用状态空间模型;其次,采用参与因子分析方法辨识出内环环节、延时大小、电压前馈、锁相环、稳态运行点、交流线路长度、线路电容等因素是导致高频振荡的关键影响环节;最后,以根轨迹方法为研究手段,阐述上述环节及其参数如何影响系统高频稳定性,并对相关环节进行电磁暂态仿真验证。     

柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略(二)：阻尼控制抑制策略

柔性直流输电系统高频振荡容易在交流系统阻抗呈现电容效应的频率范围内发生。首先,针对柔性直流换流站详细模型存在阶数很高的问题,在忽略外环、环流抑制控制器(circulating current suppression controller,CCSC)、电容电压等较小影响环节的基础上,建立换流站的简化模型,分析简化模型与详细模型阻抗特性的误差及其适应频率范围;其次,为抑制系统的高频振荡,从控制系统电压前馈和虚拟串联阻抗有源阻尼控制2个方面开展换流站高频阻尼特性提升方案研究,提出采用取整函数的非线性电压前馈策略;再次,以抑制高频振荡和不引起额外频段振荡为约束条件,基于换流站简化模型,解析有源控制器关键参数选择表达式,研究关键参数对换流站阻抗的影响;最后,采用电磁暂态仿真,从高频振荡抑制、电压前馈环节、暂态穿越特性等方面验证所提高频性能提升方案的正确性和有效性。     

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.     

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型，并对数学模型进行简化，确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼，进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证，同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。     

考虑电压前馈控制的MMC-HVDC并网稳定性分析及其阻抗控制优化方法

为抑制上千赫兹的高频振荡，柔性直流工程中常在基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(highvoltagedirectcurrent,HVDC)控制环路中加入基于低通滤波器的电压前馈控制，然而，电压前馈控制对MMC-HVDC并网站阻抗特性影响较大，在某些工况下，加入电压前馈控制对系统稳定性会有恶化作用，因此，有必要深入研究考虑电压前馈的MMC-HVDC并网稳定性及其阻抗优化控制方法。文中采用多谐波线性化方法，建立考虑电压前馈控制的MMC-HVDC并网站序阻抗模型，采用阻抗灵敏度分析方法，解析MMC-HVDC并网站不同控制环路对系统稳定性的影响作用能力，系统分析考虑电压前馈控制对准确分析并网系统稳定性问题的必要性及其用以提升系统稳定性的有效性，在此基础上，提出一种基于电压前馈控制的MMC-HVDC并网站阻抗控制优化方法，实现了并网系统稳定性的有效提升。在Matlab/Simulink中搭建考虑电压前馈控制的MMC-HVDC并网站仿真模型，对其序阻抗模型、并网稳定性分析及阻抗优化与重塑方法进行验证。     

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。     

柔性直流输电系统高频振荡抑制策略研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel convert,MMC)的柔性直流输电系统的长控制链路延时使柔性直流系统高频阻抗呈现负阻尼特性,易与交流输电线路分布参数相互作用造成高频振荡现象。该文根据电流内环控制建立换流器高频阻抗简化模型,从原理上分析附加阻尼控制环节对抑制系统高频振荡现象的局限性;其次,分析用于高频振荡抑制的无源滤波装置的外特性要求,提出并联RLC高通滤波装置的振荡抑制方案以及滤波装置参数设计方法,能够适应系统工况改变,并有效控制损耗;最后,基于实际工程仿真试验验证理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

计及电压测量特性的MMC中高频阻抗建模及稳定性分析

在建立MMC阻抗模型时,现有研究未计及电容式电压互感器(CVT)测量特性对MMC阻抗中、高频段的影响,可能会降低柔性直流输电系统稳定性分析的准确度.以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,在分析杂散电容对500 kV速饱和型CVT测量特性影响的基础上,基于多谐波线性化原理提出了一种计及CVT宽频测量特性的MMC阻抗模型建立...     

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析.基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和...     

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。     

电网电压前馈对柔性直流输电在弱电网下的稳定性影响

以中国南方电网鲁西背靠背异步联网的柔性直流输电工程为背景,介绍了2017年4月10日在鲁西站广西侧发生高频谐波谐振的事件情况,对事件中谐波放大机制及其影响的关键环节进行了详细分析和仿真验证,得到了高频谐波谐振现象与柔性直流电网电压前馈控制采样环节、系统谐波阻抗之间的关系,推导了电压前馈控制参数、系统谐波阻抗与高频谐波谐振频率幅值之间的公式,并提出了在电压前馈环节合理设计滤波器来解决高频谐波谐振问题的措施,经仿真验证和现场实施验证了所提解决方案的有效性。     

基于谐波状态空间的MMC背靠背直流输电系统阻抗建模及稳定性分析

研究了模块化多电平换流器（MMC）的背靠背直流输电系统的新型振荡问题。针对稳定性问题的分析需求,首先,建立了系统的时域稳态模型;然后,采用改进的谐波状态空间法（HSS）法建立了考虑谐波耦合特性的系统直流侧频域阻抗模型,详细分析了MMC电气参数、内部环流抑制、内环电流控制、外环不同控制方式、长链路延时等因素对直流侧阻抗特性的影响,通过合理的设计系统参数,保证系统的安全稳定运行;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,通过与电磁暂态模型扫频结果进行对比,验证所提出的阻抗模型以及稳定性分析方法的正确性。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于MMC的柔性直流输电站级控制器的设计及其动模实验

站级控制器是模块化多电平换流器柔性直流输电控制系统的核心部分,与上位机、下层控制器协同配合实现柔性直流输电的可靠控制。对基于MMC-HVDC站级控制器主要功能进行了分析,提出了一种站级控制器硬件结构设计方案,并针对该硬件结构以及功能需求设计了软件程序逻辑。研制了基于该站级控制器的4kV/100kW的MMC-HVDC实验样机,在样机上进行稳态实验以及电压阶跃实验,结果表明系统能够正确快速进行有功类无功类物理量的调节,并能对交流系统故障以及控制器通信故障进行清除,验证了站级控制器硬件结构及程序逻辑的正确性。     

基于虚拟阻抗的MMC降损策略研究

模块化多电平变流器（modular multilevel converter,MMC）具有易扩展、模块化、谐波含量低等优点,在大容量高压柔性直流输电场合中得到广泛应用。本文以混合型MMC为研究对象,对其降损策略进行了研究,从抑制MMC二倍频环流角度考虑,分析了混合型MMC换流阀的结构以及工作原理,推导了MMC二倍频环流的具体数学解析式,提出了虚拟阻抗和无差拍控制相结合的环流抑制控制策略,最后利用Matlab/Simulink平台搭建了三十一电平的混合型MMC仿真模型。仿真结果表明,所提策略能有效抑制二倍频环流,从而达到降损目的,并对输出电能质量无影响。