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。     

下垂控制三相逆变器阻抗建模与并网特性分析

分布式发电系统因接入电网时的线路阻抗较大,使得并网逆变装置与电网构成的互联系统易产生谐波震荡,威胁其稳定运行。阻抗分析法是一种较为有效的并网稳定性研究方法。该文首先利用谐波线性化方法建立下垂控制三相并网逆变器含功率外环和相角扰动时的完整序阻抗模型,阐述功率外环引起的二倍镜像频率耦合效应,并分析下垂系数对模型的影响,通过下垂控制与电流控制型并网逆变器阻抗曲线对比说明下垂控制具有更好的并网特性。同时,通过阻抗分析法对下垂控制三相并网逆变器与电网组成的互联系统的稳定性展开研究,提出采用虚拟阻抗的方法来提高互联系统相位裕度,改善系统鲁棒稳定性。通过仿真和实验,验证了上述结论的正确性。     

静止无功发生器谐波模型及其对谐振影响分析

静止无功发生器(static var generator,SVG)因响应速度快和调节范围广等优点被广泛应用于光伏场站,从而满足系统动态无功补偿等需求。然而现有研究缺乏SVG与光伏场站及电网谐波交互作用的分析,往往忽略其对光伏场站谐波谐振问题的影响。针对这一问题,基于多频谐波响应建立一种新型谐波耦合阻抗形式的SVG模型,该模型能够充分揭示系统中的频率耦合效应,可用于定量分析SVG对光伏场站谐波谐振的影响。最后,通过对实际光伏场站的时域仿真,验证所提谐波阻抗模型的正确性及频率耦合在谐波谐振分析中的重要性。     

并网逆变器频率耦合特性建模及系统稳定性分析

基于阻抗的稳定性分析方法被广泛用于分析并网逆变器与电网互联系统的稳定性。阻抗建模时,通常认为三相互联系统可以分解为相互解耦的正序子系统和负序子系统,并且每个子系统在频域上都具有单入单出的特性。但是,当系统存在频率耦合时,正负序阻抗不再解耦,原有的稳定性分析方法也不再适用。针对并网逆变器,推导并验证了考虑多种频率耦合原因情况下的并网逆变器的频率耦合特性解析模型。基于推导的模型,进而分析了频率耦合特性的影响因素,以及频率耦合对并网逆变器系统稳定性的影响。     

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。     

考虑频率耦合效应的虚拟同步发电机序阻抗建模

中低压配电网的线路阻抗呈现时变特征,使得基于虚拟同步发电机VSG (virtual synchronous generator)算法的分布式发电单元和电网阻抗产生交互作用,出现系统失稳。阻抗模型是一种基于外特性的建模方法,是研究分布式发电系统稳定性的有效手段之一。考虑到VSG系统存在着频率耦合特性,首先阐述了VSG系统的频率耦合原因,采用谐波线性化的方法建立包含功率外环和频率耦合效应的完整VSG序阻抗模型。再从阻抗测量和并网交互两个角度分析了频率耦合效应对VSG输出阻抗特性的影响。仿真结果验证了模型的准确性和适应性,表明所建立的阻抗模型能准确反映VSG的二倍频频率耦合特征。     

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。     

三相LCL型逆变器序阻抗简化建模方法及并网稳定性分析

随着分布式电源大量接入电网,配电网呈现明显的电力电子化趋势。作为功率变换接口的逆变器,其与电网的交互稳定性问题不可忽视。对三相并网逆变器进行合理的阻抗建模是分析并网系统稳定性和谐振特性的前提,谐波线性化方法作为物理意义明确的阻抗建模方法受到广泛关注。以三相LCL型逆变器为研究对象,建立了典型锁相环的谐波线性化模型,获得了表征频率耦合效应的阻抗矩阵。基于此,提出一种谐波线性化简化建模方法,对采用典型电容电流反馈控制策略的三相LCL型逆变器进行了阻抗建模。进一步,计及电网阻抗与逆变器阻抗矩阵的交互作用,对多输入多输出系统模型进行变换,获得了适用于稳定性判据的单输入单输出正负序阻抗模型。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提谐波线性化简化建模方法及相应阻抗模型的准确性和其用于稳定性分析的有效性。     

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。     

高压直流输电系统直流谐波阻抗的解析计算及谐振分析研究

研究了常规高压直流输电系统直流回路谐波谐振问题。采用解析计算的方法,对典型高压直流输电系统的直流回路谐波阻抗进行数学建模。基于状态空间模型得到了直流谐波阻抗的解析表达式,形成了直流回路阻抗频谱,并通过PSCAD软件对所提模型进行了验证。分析了系统各环节参数与直流谐波阻抗的耦合关系。提出了采用调整控制参数实现直流回路谐振宽频抑制的方法,并通过电磁暂态仿真对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法可有效提升高压直流系统的直流谐振抑制能力和安全稳定运行水平。     

静止无功发生器谐波模型及其对谐振影响分析

静止无功发生器（static var generator,SVG）因响应速度快和调节范围广等优点被广泛应用于光伏场站,从而满足系统动态无功补偿等需求。然而现有研究缺乏SVG与光伏场站及电网谐波交互作用的分析,往往忽略其对光伏场站谐波谐振问题的影响。针对这一问题,基于多频谐波响应建立一种新型谐波耦合阻抗形式的SVG模型,该模型能够充分揭示系统中的频率耦合效应,可用于定量分析SVG对光伏场站谐波谐振的影响。最后,通过对实际光伏场站的时域仿真,验证所提谐波阻抗模型的正确性及频率耦合在谐波谐振分析中的重要性。     

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.     

基于谐波耦合机理的V/v接线牵引供电系统谐波阻抗辨识方法

随着交–直–交型电力机车的广泛运用,高次谐波引发的牵引供电系统谐振严重威胁电气化铁路安全运行,系统谐波阻抗是研究谐振机理及治理措施的关键参数,但提高谐波阻抗辨识精度具有较大挑战性。该文以V/v接线牵引变压器为算例,提出一种基于谐波耦合模型与谐波阻抗解耦的牵引供电系统谐波阻抗辨识方法。首先,推导不平衡牵引变压器两侧谐波的交互影响,建立牵引供电系统谐波耦合模型。然后,利用复独立分量分析法对谐波耦合模型进行解耦,分离出系统侧与负荷侧谐波阻抗,进而求得牵引变压器端口的总谐波阻抗。与几种传统算法的仿真对比表明,提出的方法在宽频域系统侧与负荷侧阻抗幅值相对大小波动性较强时、背景谐波较大时仍然适用;运用现场实测数据的辨识结果表明,所提方法能准确找到实际系统的谐振频率。     

高压直流输电线路入口端谐波阻抗特性研究

空充变压器时直流线路沿线的50 Hz谐波分量分布与直流线路入口端谐波阻抗有关。针对直流线路入口端谐波阻抗特性展开详细研究。分析了不同直流运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗,定性对比其大小关系。研究了直流线路入口端谐波阻抗的解析等值模型,并基于实际直流系统仿真模型,分别通过解析等值法和测试信号法对不同运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗进行计算,验证该解析等值模型的准确性。进一步地,根据计算结果分析直流运行方式对直流线路入口端谐波阻抗大小的影响,所得结论与前文定性分析一致。改变换流器模型中换流变套管杂散电容的大小,研究杂散电容对直流线路入口端谐波阻抗的影响,实现了解析等值模型的简化。     

考虑谐波耦合的车网系统谐波域SISO阻抗建模

我国电力机车和牵引网具有复杂的电力电子结构特性,由此而产生的车侧变换器和单相交流电网之间的谐波相互作用,容易导致整个车网系统出现低频振荡现象,严重影响车网系统的稳定。基于车网系统的时变特性,考虑车网之间的谐波耦合过程,提出了基于线性时变周期(linear time-periodic,LTP)框架的谐波状态空间(harmonic state space,HSS)小信号建模方法,以对车网系统进行研究。首先推导了车侧变换器的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)谐波域阻抗模型,并揭示了由于车侧控制器中Park变换导致系统出现偶数倍基频频率耦合的过程。将建立的MIMO阻抗模型转换为保留了所有频率耦合信息的单输入单输出(single-input single-output,SISO)谐波域阻抗模型,从而进一步简化了阻抗测量和基于阻抗的稳定性分析过程。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了模型的精确性并基于所搭建的模型准确地评估了车网耦合系统的低频稳定性。     

基于谐波传递函数矩阵的单相并网系统建模研究

弱电网下,电压源型并网逆变器锁相控制环节引入的频率耦合作用会恶化并网系统稳定性,传统基于阻抗的数学模型尚不能准确反映弱电网下级联系统在低频段的谐振特性及稳定性。文中针对单相并网系统无穷、链式的频率耦合特点,建立考虑偶次频率耦合的多输入多输出谐波传递函数矩阵数学模型,据此提出具有明确物理意义的单输入单输出阻抗模型,讨论该阻抗模型的简化降阶方法及其在基波频率处阻抗特性,指出仅考虑正负两倍基波频率搬移的频率耦合作用已较好地保证了模型的准确度。进一步,基于所提阻抗模型研究电网阻抗及几种常见正交信号发生器对单相并网系统稳定性的影响,表明电网阻抗会影响逆变器输出阻抗,锁相环环路中等效滤波环节会改善弱电网下系统的稳定性。仿真和实验测量验证了所提单相并网系统阻抗模型正确性及其应用于弱电网下并网系统谐波稳定性分析的有效性。     

基于MMC的背靠背异步联网系统宽频带频率耦合阻抗模型及小信号稳定性分析EI北大核心CSCD

背靠背变流器的稳定性分析是保障电力电子化新型电力系统安全可靠运行的重要基础。该文建立详细模型,研究了基于模块化多电平变流器三相对称背靠背异步联网系统的小信号稳定性。首先提出一种系统频域稳态分析方法并使用牛顿-拉夫逊迭代快速求解多谐波变量。进而基于多谐波线性化法,建立充分计及频率耦合效应的系统交/直流阻抗模型,对比扫频结果证实其宽频带范围的精确性。最后,应用广义Nyquist判据解释小信号失稳工况,体现了包含两端变流器动态的理论模型的必要性,并讨论了交/直流互联端口判据的联系。     

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。     

应用于电动汽车充电桩的VSG建模与分析

为了解决大规模电动汽车充电桩并入电网时对电力系统产生的不良影响,虚拟同步发电机技术被应用于电动汽车的充电领域,利用可调的惯性和阻尼,增强车网互联系统的稳定性。将基于序阻抗建模的方法分析虚拟同步发电机在充电领域的稳定性作为研究重点,对虚拟同步发电机进行了建模和控制分析,并得到了其频率耦合特性及耦合效应,通过推导出的阻抗模型分析控制参数和稳定性之间的关系。最后,Matlab/Simulink的仿真波形也验证了分析结果。     

基于输出阻抗建模的并网系统低次谐波预测模型

针对并网系统谐波预测问题,提出引入逆变器实际输出谐波电流建立谐波阻抗模型的方案。首先分析并网系统谐波谐振原理,对单相LCL型并网逆变器进行阻抗建模。为提高阻抗模型准确性,在分析逆变器低频特性的基础上,将单个逆变器并网谐波电流考虑到阻抗模型中,建立谐波阻抗模型,与电路模型仿真对比结果验证了模型的有效性。利用提出的谐波阻抗模型,对多逆变器并网系统进行谐波交互分析及谐波预测建模,以8个并网逆变器为例,分析谐振对并网谐波电流和公共接入点(PCC)处谐波电压的影响,谐波预测模型和电路模型对比仿真结果验证了该多逆变器谐波预测模型的有效性和准确性。