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。     

柔性直流输电系统高频振荡特性分析及抑制策略研究

柔性直流输电系统的链路延时是其固有特性,使柔直高频阻抗呈现"负电阻电感"特性,可能与长交流线路的分布电容相互作用导致高频振荡失稳现象发生。文章首先建立柔直系统和交流线路等效数学模型。其次,考虑模块化多电平换流器(modular multilevel convert,MMC)内部动态特性、锁相环、环流抑制控制器、延时等因素在内,建立MMC在dq坐标系下的阻抗模型,分析相关环节对柔直高频阻抗特性的影响及高频振荡特性。再次,提出高频振荡阻尼控制策略,采用MMC简化模型分析阻尼控制器参数对阻抗高频特性的影响,并设计保持系统稳定的控制器参数。最后,利用电磁暂态仿真模型验证所提策略的有效性及参数设计的正确性。     

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.     

高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能影响的综合评估

近年来,柔性直流输电系统的高频振荡问题受到越来越多关注,相关学者已提出多种高频振荡抑制策略。然而,高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响尚未明确。文中从系统的次/超同步稳定性、动态响应特性和故障穿越特性3个方面,综合评估高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响。分别建立不同高频振荡抑制策略下模块化多电平换流器(modular multilevel convertor,MMC)的详细宽频阻抗模型,利用阻抗法分析高频振荡抑制策略对柔直系统次/超同步振荡风险的影响;构建输入–输出和扰动–输出传递函数,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统动态响应特性的影响;建立计及MMC电流内环和电容电压动态的柔直换流站故障暂态下交流电流峰值的理论分析模型,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统故障暂态特性的影响。最后,讨论高频振荡抑制策略参数交互对单一参数分析结论的影响。研究结论可为柔直工程高频振荡抑制策略的设计提供参考。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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...     

风电柔直并网虚拟阻抗次同步振荡抑制策略

直驱风电场经柔性直流输电系统并网送出存在次同步振荡风险。首先,在建立直驱风电经柔直并网系统模型的基础上,采用失稳特征根模态分析方法,研究了V/F控制模式下系统次同步振荡模态的参与变量与参与因子。其次,以抑制系统次同步振荡为目标,提出了在柔直换流站电压外环控制器中配置高通滤波器等不同形式下的虚拟阻抗控制策略,且解析了阻抗参数的选择范围及其原则,并采用阻抗分析方法研究了阻抗控制器对系统阻抗特性的影响以及规律。最后,基于MATLAB电磁暂态仿真验证了所提次同步抑制策略的有效性及其参数解析计算的正确性。     

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。     

直流配电系统有源阻尼控制的阻抗释义与谐振点灵敏度参数调节方法

直流配电系统有源阻尼控制一般通过在换流站配置补偿环节调节输入或输出阻抗来实现。为进一步阐述有源阻尼补偿环节对系统阻抗的影响机理,并指导其参数调节和设计,首先在建立定电压控制换流站阻抗降阶模型的基础上,分别以串、并联虚拟阻尼支路对直流电压反馈、直流电流前馈两类补偿环节进行溯源。其次,分析补偿环节对定电压站输出特性的影响,并在阻抗-频率曲线维度重构Nyquist稳定性判据,确定对有源阻尼补偿环节的基本约束。结合阻抗灵敏度,推导建立阻抗-频率曲线的谐振点灵敏度,提出采用阻抗/谐振点灵敏度的有源阻尼补偿环节参数调节方法。最后,以双端与四端直流配电系统为例,通过对比扫频结果展示了定电压站降阶阻抗模型的准确性,并分别在定电压站与定功率站配置补偿环节,以Nyquist曲线、MATLAB/Simulink时域仿真为参照,验证重构稳定性判据和所提阻抗/谐振点灵敏度参数调节方法的有效性。     

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。     

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。     

含电池储能的直流配电网振荡抑制有源阻尼控制及参数计算方法

运行于Buck模式的双向DC-DC变换器是引起直流配电网发生振荡失稳的主要因素之一。首先,该文通过简单的直流配电网案例,建立了三相VSC考虑交流系统动态过程的阻抗模型和双向DC-DC变换器的阻抗模型,分析了主电路参数、控制系统参数以及稳态运行点对两者阻抗模型的影响程度与规律,并揭示了直流网络等效电感和双向DC-DC变换器相互作用诱发直流配电网振荡失稳的机理。其次,从直流配电网振荡抑制所需的阻抗特性角度考虑,提出了一种双向DC-DC变换器反馈直流电流的有源阻尼控制策略,并研究了阻尼控制器参数对其阻抗特性的影响规律。再次,以电池储能装置并联谐振抑制和直流网络串联谐振抑制为约束条件,解析了阻尼控制器的参数选择范围表达式。最后,采用电磁暂态仿真验证所给计算公式的正确性。     

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。     

基于阻抗分析法的三相LCL型并网逆变器附加有源阻尼设计

三相LCL型并网逆变器系统中,由于设备与系统间的交互作用可能会造成谐波振荡,严重影响系统正常运行。针对该问题,采用谐波线性化的方法,计及耦合补偿项网侧电压的影响修正阻抗模型,建立了修正后的三相LCL型并网逆变器序阻抗模型,同时从谐振原理及对数频率稳定性角度进行稳定性分析,揭示光伏并网系统高频谐振产生的机理;基于得到的并网系统阻抗特性,针对结合电容电流反馈及串联超前校正的附加有源阻尼环节,考虑阻抗特性曲线进行阻尼环节参数选取,对易振荡频段进行阻抗重塑。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证了该方法的正确性和有效性。研究结果表明:附加有源阻尼环节能有效抑制谐波振荡且具有较好动态特性。     

VSC-HVDC恒容阻尼控制器设计EI北大核心CSCD

针对含柔性直流输电的区域互联系统区间低频振荡问题,基于暂态能量原理提出一种维持换流器传输容量恒定的柔性直流恒容阻尼控制思想,同时利用换流站有功及无功,弥补了柔性直流输电系统有功调制量受限的缺点。首先,根据系统阻尼消耗的暂态能量推导出有功和无功调制与系统阻尼间的相互关系;然后根据有功、无功的控制规律提出恒容阻尼控制设想并设计出恒容控制器参数;最后,与传统极点配置的小信号阻尼控制器进行对比仿真分析。仿真结果表明恒容阻尼控制器能有效抑制区域间低频振荡,具有较强的鲁棒性,能在保持换流站输送容量恒定的同时,充分利用换流站有功和无功调制能力,有效解决常规阻尼控制方式下有功调制量受限问题。