考虑频率耦合效应的并网模块化多电平变流器阻抗建模及稳定性分析

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)与电网之间的频率耦合效应会影响变流器的阻抗特性,忽略频率耦合效应对变流器并网系统进行稳定性分析可能导致分析结果不准确。该文采用一种考虑频率耦合效应的整体建模方法,将电网阻抗视为MMC交流侧阻抗的一部分,以谐波矩阵描述频率耦合效应,并考虑不对称外环控制的影响建立MMC交流侧等效阻抗模型。仿真验证结果表明,与忽略频率耦合效应的模型相比,采用所建立的等效阻抗模型进行稳定性分析可以获得更准确的分析结果,为MMC并网系统振荡的有效抑制奠定一定理论基础。     

并网变流器的频率耦合阻抗模型及其稳定性分析

可再生能源并网系统中,如光伏、风电以及无功补偿等并网均采用电压源型变流器。变流器与交流电网之间的相互作用会引发新的振荡问题,阻抗模型分析成为研究此类问题的重要方法。多数阻抗模型往往忽略了变流器外环控制和频率耦合的影响,适用于变流器高频动态特性研究,但在分析变流器中低频动态(如次同步振荡)方面不够精确。为弥补这一缺陷,文中针对典型电压源型并网变流器提出了一种频率耦合阻抗模型,同时考虑了互补频率耦合效应和外环控制,采用详细电磁模型时域仿真与辨识验证了阻抗模型推导的正确性。进一步构建并网系统的整体阻抗模型,分析变流器并网系统的稳定性,时域仿真结果证实了所提模型在中低频率振荡分析中的有效性。     

MMC多维阻抗模型及其在风场–柔直交互稳定分析中的应用

近年来,模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)及其互联系统的交互稳定性问题受到广泛关注,而基于阻抗的频域分析法能够较好地研究此类问题,主要包括建模与判稳2个方面。其中,MMC阻抗模型的精确与否直接影响稳定性判定的准确程度。然而,当前的研究大多采用较为简化的低维阻抗,不足以反映MMC内部复杂的谐波耦合动态。为此,该文基于谐波状态空间法建立计及各次谐波耦合的MMC多维阻抗模型,其适用于对称以及不对称工况。基于此模型,揭示MMC内部的谐波耦合机理,重点研究频率耦合以及正负序耦合特性。最后,针对风场–MMC柔直互联系统,在三相对称工况下确定MMC多维阻抗的降维模型,并将其应用于互联系统稳定性分析,结果表明可以得到精准的稳定边界。     

基于谐波线性化的单相变换器改进镜像频率阻抗建模与稳定性分析

高铁动车组内部电力电子装置呈现出强耦合性与时变非线性特征,与牵引网阻抗的复杂交互使得牵引网侧电压电流出现低频振荡的不稳定现象。传统dq阻抗分析方法存在物理意义不明显、测量与建模较为复杂的缺点;而基于谐波线性化的传统镜像频率阻抗分析方法存在低频处建模不准确的缺点。针对这些问题,该文以CRH5型车为研究对象,提出一种单相变换器的改进镜像频率阻抗模型,分析了谐波在单相变换器中的产生机理与传递规律,阐述了系统参数对于低频振荡的影响机理。基于MatlabSimulink仿真平台,将该模型与传统3种镜像频率阻抗进行了对比,验证了该模型的准确性;最后,基于StarsimHIL半实物平台,对理论分析的结果进行了验证,进一步证明了该模型对于研究单相系统低频稳定性的有效性。     

基于阻抗模型的并网变流器低频振荡机理研究

近年来世界范围内发生了多起新能源并网低频振荡现象。为揭示低频振荡机理,以弱电网条件下并网变流器为研究对象,根据阻抗理论,分别建立了dq坐标系下并网变流器常用的2种控制方式单电流环控制和电压电流双环控制的小信号阻抗模型,在此基础上给出了2种控制模式下的并网变流器低频导纳特性,分析了电流环与电压环PI参数对并网变流器低频振荡特性的影响,得到影响低频振荡的主要因素;对多台变流器分布式并联运行振荡特性进行分析,给出了弱电网与并网变流器以及并网变流器之间的交互特性。最后通过仿真和实验验证了所得结论的正确性,能够实现并网电流低频振荡现象可受控的复现与抑制。     

考虑耦合特性的串联型MMC阻抗建模及分析

为了研究SC-MMC的阻抗特性及其主要影响因素,探究频率耦合效应对SC-MMC与电网构成的互联系统稳定性的影响,在考虑多次谐波交互耦合的SC-MMC谐波函数模型的基础上,采用多谐波线性化方法建立了SC-MMC交流侧小信号阻抗解析模型。通过仿真模型阻抗测量结果与解析模型对比验证了所建立模型的准确性,并通过案例分析验证了频率耦合效应在互联系统稳定中的重要影响,在研究互联系统稳定性时频率耦合效应应该被充分考虑。同时实验表明当互联系统发生振荡时,通过SC-MMC的控制器参数优化设计可以实现对互联系统谐振现象的抑制。     

计及频率耦合特性的LCC-HVDC送端系统阻抗建模与稳定性分析

随着双馈风电和高压直流输电(high-voltage direct-current,HVDC)在电力系统中的比例越来越大,电网换相换流器型HVDC(line-commutated converter based HVDC,LCC-HVDC)与双馈风电场、弱电网互联时会存在交互稳定问题,且振荡频率会呈现频率耦合特征。针对LCC-HVDC整流站存在的频率耦合现象,采用3-D傅里叶变换建立阻抗模型,分析LCC产生频率耦合现象的机理,进行各个影响因素对LCC频率耦合程度的敏感性分析。最后,研究频率耦合特性对LCC整流站、双馈风场、弱电网互联系统稳定性分析的影响,并通过时域仿真验证所得结论。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

机网耦合引发的多机系统振荡机理研究

低频振荡是影响电力系统安全稳定运行的重要问题,机网耦合是引发电力系统功率低频振荡的主要原因之一.分析机网耦合引发的多机系统低频振荡机理,在Matlab软件中建立两机互联系统仿真模型.通过仿真分析可知,两机互联系统当受到外加扰动与系统固有频率重合时,同样也会发生共振机理的低频振荡.     

双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析

风电系统接入基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流(HVDC)输电系统是极具前景的输电方案,同时也面临较为突出的系统稳定性问题。小信号阻抗分析法是研究互联系统稳定的有效办法。然而,MMC的内动态特性使得精确建立其阻抗模型具有较大难度。文中采用多谐波线性化方法建立了采用双闭环定交流电压控制的MMC送端换流站小信号阻抗模型,可实现电流环对MMC阻抗影响的准确分析。针对直驱风机通过MMC-HVDC系统并网的系统,利用阻抗分析法分别分析了MMC电流环不同控制带宽下互联系统振荡的问题,为电流环参数优化设计提供了依据。最后,基于MATLAB/Simulink的仿真结果证明了阻抗模型和稳定性分析理论的正确性。     

弱电网下基于DSOGI-PLL的并网换流器频率耦合阻抗建模与稳定性分析

三相电压源型换流器作为中低压直流配用电系统并网常用的接口电路,在系统运行中发挥着重要的作用。为了解决弱电网下基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)的并网换流器失稳的问题,首先建立了DSOGI-PLL的频率耦合阻抗模型,然后综合考虑多种频率耦合因素建立了并网换流器的频率耦合阻抗模型。基于此模型分析了DSOGI-PLL参数、直流电压环带宽以及电流内环带宽比对于并网换流器频率耦合特性的影响。然后推导了考虑频率耦合特性的等效单输入单输出奈奎斯特稳定判据,进而研究了各种因素对于并网换流器系统稳定性的影响。最后基于MATLAB/Simulink对频率耦合阻抗模型和系统稳定性进行了仿真验证,证明了所提频率耦合阻抗模型和理论分析的准确性。     

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

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。     

海上风电场-MMC互联系统频率耦合建模及稳定性分析

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术是深远海风电场电能传输的重要方案,但呈现多入多出(MIMO)特征的频率耦合效应对海上风电场-MMC互联系统稳定性构成新的挑战.已有MMC建模大多忽略了频率耦合效应,且对影响频率耦合效应关键作用机制的研究较少.针对上述问题,通过建立计及频率耦合效应的风场侧MMC等效序阻抗模型,对影响频率耦合效应及稳定性的关键作用因子进行分析评估.同时,为解决现有稳定性判据求解过程烦琐的问题,基于Gershgorin圆定理提出一种改进MIMO稳定性判据,其通过引入距离函数简化判稳过程.然后,基于该判据分析了各关键作用因子及频率耦合效应对系统稳定性的影响规律,并对该判据保守性进行定量分析.最后,通过仿真算例验证了理论分析的正确性.     

基于谐波传递矩阵的MMC换流站频率耦合特性建模与分析

模块化多电平换流器(MMC)应用于柔性直流输电系统可有效降低输出谐波和开关损耗,同时也带来突出的系统稳定性问题。阻抗稳定性分析方法可用来分析MMC系统运行时产生的稳定问题。现有文献建立的MMC阻抗模型均为正序阻抗和负序阻抗相互解耦的序阻抗模型,并通过单入单出的阻抗稳定判据分析系统稳定性。然而,MMC在低频段呈现较为显著的频率耦合特性,此时正负序阻抗不再解耦,仍使用单入单出的稳定判据无法精确判定系统稳定性。文中通过分析扰动分量与稳态谐波的交互作用,研究了MMC频率耦合产生机理,进一步采用谐波传递矩阵建立了定交流电压控制下MMC频率耦合模型,并分析了频率耦合特性的主要影响因素和对稳定性的影响。最后,基于MATLAB/Simulink搭建的仿真系统结果验证了所建立频率耦合模型精度和系统稳定性分析结果的正确性。     

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。