高压直流输电中混合谐振型谐波不稳定分析

高压直流输电中交流侧二次谐波分量和直流侧基频分量通过换流器相互调制形成混合谐振,从而使换流变压器铁芯饱和并最终导致混合谐振型谐波不稳定。研究了混合谐振型不稳定产生的机理,并采用仿真方法求取换流器两侧谐波关系的矩阵参数,然后推导了混合谐振型不稳定判据。最后采用PSCAD/EMTDC自建电磁暂态仿真模型,对自发式混合谐振型不稳定进行了仿真研究,验证了混合谐振型不稳定判据的有效性。     

考虑两端换流器影响的直流输电系统谐波不稳定风险评估

在高压直流输电系统中,当直流系统与弱交流系统相连时,会存在谐波不稳定风险。针对单极12脉动换流器,基于换流器开关函数调制理论,提出在换流变压器铁芯饱和情况下,考虑两端换流器影响的高压直流输电系统谐波不稳定风险评估方法。该评估方法计及了换流器换相过程的换相角、两端交流系统与直流系统间的相互影响。在计算直流系统等值谐波阻抗时,计及了两端换流器的换相阻抗。建立验证模型,在不同的网络参数下利用已有判据和所提判据分别进行判断,并都与时域仿真结果相对比,对比结果验证了所提评估方法的准确性与优越性。仿真结果进一步表明,系统谐波阻抗值、换相角、铁芯饱和程度等均会对系统的谐波不稳定造成影响。     

交直流系统互补谐振谐波不稳定的抑制措施

针对LCC-HVDC输电系统谐波不稳定问题,特别是由互补谐振引发的谐波不稳定现象,基于换流器开关函数调制理论,建立了交流系统阻抗、交流侧滤波器、换流变压器的谐波阻抗模型,分析了交流侧发电机台数和滤波器组数对系统谐振点的影响,进一步提出通过改变系统运行方式来破坏谐振点的谐波不稳定抑制措施。在EMTDC仿真平台上以CIGRE标准第一直流模型为例,对所提出的抑制措施进行仿真验证,仿真结果验证了所提措施的正确性和有效性。     

高压直流输电系统送端谐波不稳定问题的判据

利用开关函数对换流器的调制作用进行了理论推导,从电路原理的角度对谐波通过直流换流器在交流侧和直流侧来回传递的全过程进行整体考虑,提出一种判断系统是否发生谐波不稳定的新判据。以糯扎渡—广东特高压直流输电系统为例,建立了电磁暂态模型,基于新判据进行频率扫描分析,并进行了故障仿真验证。研究结果表明,该判据能够很好地评估高压直流输电系统送端发生谐波不稳定的风险。     

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。     

基于H参数的换流器谐波全耦合模型

换流器作为连接交直流网络的电气元件,考虑其两侧电压、电流的相互影响是研究其谐波模型的关键。提出一种新型的换流器谐波全耦合模型,该模型基于二端口网络的H参数矩阵定量描述换流器交流侧电流与电压、交流侧电流与直流侧电流、直流侧电压与交流侧电压、直流侧电压与电流之间的耦合关系。通过将开关器件的动作状态分别以对应的开关函数表示,在触发角对称的条件下建立各换流阶段电压电流的数学关系式,并以傅里叶变换求解,推导H参数矩阵。该模型可广泛适用于含复杂背景谐波的交直流系统;当触发角增大到一定程度,可忽略换相重叠角的影响,得到该模型的简化形式,适用于可控换流器触发角较大或系统电抗较小情况。Simulink时域仿真结果验证了所提模型的准确性。     

两回HVDC并行输电系统送端谐波不稳定问题的判据研究

在单回高压直流输电系统谐波不稳定问题的研究基础上,利用开关函数对换流器的调制作用进行了进一步的理论推导,从电路原理的角度对谐波通过直流换流器在交流系统和两回直流系统之间来回传递的全过程进行整体考虑,提出了一种判断系统是否发生谐波不稳定的新判据。基于新判据的频率扫描分析结果与电磁暂态故障仿真结果吻合,表明该判据能够很好地评估两回高压直流并行输电系统送端发生谐波不稳定的风险。     

HVDC换流器的阻抗频率特性

高压直流(HVDC)换流器阻抗频率特性的确定对避免系统发生谐振具有重要意义.文中提出了基于开关函数理论的HVDC换流器直流等值阻抗和交流等值阻抗计算方法.该方法计及了换流器换相过程的影响,计算换流器的直流等值阻抗时考虑了交流系统的影响,计算换流器交流等值阻抗时考虑了直流系统乃至对侧交流系统的影响.CIGRE first benchmark模型被用于验证该方法.PSCAD/EMTDC仿真和该方法计算得到的阻抗频率特性相吻合.仿真结果证明,直流系统对交流系统的谐振频率有着不可忽略的影响,这种谐振有可能导致直流输电系统的不稳定运行,而该方法可以准确、方便地计算出谐振频率.     

高压直流输电工程谐振研究

研究了高压直流输电系统工频和二次谐振特性,建立了系统阻抗频率扫描模型。提出了交流系统和交流滤波器通过换流变和换流器折算到直流侧的等效模型和计算方法,分析了交流系统强弱和交流滤波器组数对系统阻抗频率特性的影响。结合可能导致直流系统谐振的故障工况,研究了扫描时谐波源的施加方法,分析了谐波源施加于不同位置对扫描结果的影响。针对同廊道交流线路的感应,提出扫描时谐波源应分别施加于线路端部和中间,并在扫描时考虑最严重的情况。以锦屏—苏南±800 kV工程为例,扫描了各种工况下系统的阻抗频率特性,结果表明在某些运行工况下系统谐振频率为48 Hz和100 Hz,可能存在一次、二次谐振。采用直流系统电磁暂态仿真模型仿真了可能在直流系统产生一次、二次谐波的故障,结果表明在发生交流相间短路故障时,直流侧二次过电压很严重,进一步验证了阻抗扫描结果。最后,提出了抑制二次谐振的措施。     

LCC-MMC混合直流输电系统直流回路谐振特性研究

针对一种在整流侧和逆变侧分别采用电网换相型换流器（LCC）和模块化多电平换流器（MMC）的新型混合直流输电系统,提出了直流回路的谐波模型。在整流侧采用三脉动谐波电压源,等效了12脉动换流器的谐波输出特性;在逆变侧使用电容串联电感的无源结构作为MMC直流侧等效电路,同时搭建了输电线路及直流滤波器相应的谐波模型。以单极混合直流输电系统为例,对该直流回路进行阻抗-频率扫描,计算出不同情况下该直流回路的谐波阻抗大小,从而对谐振情况进行判断。仿真结果表明：随着线路长度及滤波器组数的增加,谐振频率均有所降低。     

多桥换流器高压直流输电送端谐波不稳定分析与抑制

针对多桥换流器高压直流输电系统送端换流站不同工况直流偏磁下谐波不稳定问题,基于单桥6脉波换流器的开关函数和调制理论,考虑换流变压器的叠加特性,得到不同工况下多桥换流器数学模型。在此数学模型基础上,分析了谐波在交直流侧的相互调制,推导出了不同工况下多桥换流器的谐波放大倍数及谐波不稳定的定量判据,并且综合分析影响判据的多种因素,提出了通过合理设计交直流系统阻抗以及合理安排系统的运行工况从而提高系统谐波稳定性的有效措施。最后,在PSCAD中构建了多桥换流器高压直流输电系统电磁暂态仿真模型进行验证,仿真结果验证了所述措施的正确性与有效性。     

?1100kV特高压直流输电工程直流系统谐振特性与抑制措施

针对±1 100 k V特高压直流输电系统的直流侧谐波阻抗特性开展了相关研究,在分析直流线路Bergeron模型分布参数特性的基础上,用集总参数的长线路π型链式结构进行了等值与解析,并通过仿真比较,验证了EMTDC程序自带线路模型的准确性;基于线路模型建立包括换流器、平抗、中性点对地电容等直流设备以及交流系统阻抗、交流滤波器在内的直流谐振特性仿真模型,分析了各设备元件的参数取值以及交流侧条件改变对系统谐振点分布的影响;最后基于该阻抗模型,合理选择谐波源的不同位置,研究了加装基频阻波器和二次直流滤波器以后对直流侧50 Hz与100 Hz串联谐振的规避和抑制作用。     

适用于不对称情况的线换相换流器动态相量模型

为满足大规模交直流输电系统快速精确仿真的需求,采用动态相量法对不对称情况下的线换相换流器进行建模。首先分析不对称情况下换流器的实际触发及换相原理,提出计及换流器交流侧3次谐波、直流侧2次谐波时的触发角和换相角计算方法,改进传统的换流器开关函数,在此基础上,通过忽略不必要次项建立适用于不对称运行情况的计及低次非特征谐波的换流器动态相量模型,以简化模型的计算过程。将其应用于Cigre-Benchmark标准直流系统,与PSCAD仿真结果对比,结果表明模型准确有效。基于改进开关函数模型,进一步判断换相失败与否,结果表明计及交流侧3次谐波以及直流侧2次谐波能更准确有效地判断换相失败。     

HVDC滤波换相换流器的阻抗频率特性

高压直流输电(HVDC)换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素,滤波换相换流器(filter commutated converter,FCC)是一种具有阀侧谐波抑制兼无功功率补偿功能的换流器,文章简要论述了FCC的接线方案和工作机理,并基于开关函数法对计及换流器换相过程影响下的FCC交、直流等值阻抗计算式进行了理论推导。以直流输电开发平台为例,对传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与FCC的阻抗频率特性计算结果进行对比,仿真结果表明换流器的阻抗频率特性对交流系统的谐振频率有着不可忽略的作用,FCC在一定程度上提高了交流系统强度,改善了系统稳定性,有效降低了系统谐振频率下的交流等值阻抗,从而更好避免直流输电系统谐波不稳定现象的发生。     

高压直流输电系统直流偏磁下的谐波不稳定判据研究

针对交直流互联输电系统的谐波不稳定问题,推导出判断直流系统是否发生铁芯饱和谐波不稳定的工程判据。该判据从直流输电谐波不稳定机理出发,计及直流偏磁铁芯饱和的影响,利用换流变直流偏磁产生的正序二次谐波幅度高于其他各次谐波的特点,整体考虑二次谐波通过换流器在交流系统和直流系统之间来回传递的全过程。算例分析建立了电磁暂态模型,通过PSCAD/EMTDC进行仿真,所得电磁暂态故障仿真的结果与基于新判据的频率扫描结果一致,验证了工程判据的正确性与适用性。     

基于节点阻抗矩阵的直流配电网谐振特性分析

为分析直流配电网谐振特性,在序分量动态相量谐波分析模型的基础上,分别建立直流配电网中并网换流器、交流负载接口换流器以及直流负载接口双向DC-DC换流器等关键元件的诺顿等值电路模型,进而构成直流配电网的等值电路模型。基于等值电路模型,形成直流配电网的节点阻抗矩阵。通过分析节点阻抗矩阵中各元素的频率特性,得到整个直流配电网的谐振特性,包括换流器自身及换流器间的谐波相互作用关系。接着深入研究影响直流配电网谐振特性的主要因素。通过仿真验证理论分析的正确性和有效性。     

MMC-HVDC输电系统中高频阻抗建模及谐振机理分析

目前对基于模块化多电平换流器的高压直流(modular multilevelconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,MMC-HVDC)输电系统的中高频谐振机理尚缺乏系统性的研究,因此,基于分块化阻抗建模方法和谐波阻抗分析法系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的中高频谐振机理。首先,基于分块化阻抗建模方法,将MMC-HVDC输电系统进行分块,通过对交直流系统电路及MMC控制系统的分析,分别建立了MMC交、直流侧等效阻抗模型,同时根据线路的分布参数特性建立了输电线路阻抗模型,形成了MMC-HVDC输电系统等效模型;其次,通过研究控制环节和参数对MMC等效阻抗的影响,获得了主要的影响因素;然后将谐振分为有源谐振和无源谐振,从而系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的谐振机理;最后,通过仿真验证了所建模型及谐振分析方法的有效性和正确性。分析及仿真结果表明：在中高频段,MMC直流侧系统仅可发生有源谐振,谐振频率主要与直流线路参数有关;MMC交流侧系统可发生无源和有源谐振,无源谐振主要受MMC交流侧阻抗负阻尼特性的影响,而有源谐振与MMC和电网参数均相关。     

柔性直流输电系统的谐振问题及主动抑制方法

电网不对称故障会产生电压负序和零序分量,并激发换流变压器注入更大的低次谐波,增大功率器件承受的电气应力,且基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的交流阻抗在变压器特征谐波频段大部分呈容性,使系统在该频段易发生谐振,导致换流站热过载和波形质量问题凸显。因此,讨论换流站交、直流侧谐波相互作用的机理,建立从交流侧看入换流站的正负序交流低频阻抗模型,提出等效增大换流站输出阻抗支路谐波电阻的方法,全面扼制换流站输出阻抗支路谐波电流,且不影响系统基波电阻。利用电力系统仿真软件EMTDC建立了VSC-HVDC模型,对柔性直流输电系统中的谐振问题以及主动抑制方法进行仿真研究。仿真结果表明,所提出控制策略能有效抑制谐振过电压,因此,提高了柔性直流输电系统不对称故障下运行的安全性。     

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.     

模块化多电平换流器的主动谐波谐振抑制策略

联接云南电网与南方电网主网的鲁西背靠背直流异步联网工程异步联网工程投产初期,广西侧送出交流线路受故障影响仅剩一回,随后广西侧母线电压和输出电流中出现了频率为1 270 Hz的谐波分量,引起柔性直流单元换流变压器分接开关频繁动作,最终导致柔性直流单元跳闸。首先,从鲁西背靠背直流异步联网工程高频谐振事件入手,分析大容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与交流系统的谐振机理;接着,给出了MMC谐波阻抗的计算方法,利用阻抗分析法分析了高频谐振的条件,并提出MMC的控制结构改进方法,有效抑制了其输出电流的高频谐波分量;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对谐振事故现象进行了复现,证明了所提抑制策略可以实现对高频谐波谐振的有效抑制。