功率同步控制的模块化多电平换流器阻抗建模及谐振稳定性分析

为了研究模块化多电平换流器(MMC)采用功率同步控制时的阻抗特性和其接入后系统的宽频谐振稳定性,通过谐波状态空间方法,考虑MMC的内部动态特性和完整的控制回路,建立了MMC采用功率同步控制时的等效阻抗模型。分析了功率同步控制中新引入的功率同步环、无功-电压控制及其他主要控制环节对阻抗特性的影响。研究表明采用功率同步控制的MMC在次同步频段和高频段均可能出现负阻尼效应,因而存在引发谐振不稳定的风险。基于PSCAD/EMTDC进行了阻抗扫描和电磁暂态仿真,其仿真结果分别验证了所建立模型和稳定性分析结果的准确性。     

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。     

考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析

基于模块化多电平换流器的高压直流（MMC-HVDC）输电系统的链路延时可能会引发系统产生高频振荡。文中通过Pade近似对延时环节进行等值,建立了基于四阶Pade近似等值延时环节的MMC-HVDC系统的状态空间模型。通过在阶跃工况下与PSCAD/EMTDC中详细电磁暂态模型动态特性的对比以及高频振荡的复现,验证了所建立的状态空间模型的正确性及四阶Pade近似等值延时环节的有效性。然后,研究了延时环节时间常数对系统特征根及高频振荡特性的影响,结果表明,基于特征值分析法对所建立的考虑延时环节特性的MMC-HVDC系统状态空间模型进行分析,可以得到引发系统高频振荡的临界延时时间。最后,通过参与因子分析法探究了引起系统发生高频振荡的主要因素,结果表明,系统的高频振荡现象主要是由交流系统特性与含有延时环节的MMC-HVDC系统特性之间的耦合作用引起。     

MMC-HVDC换流器阻抗频率特性分析

分析模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交直流侧呈现的阻抗频率特性是系统设计的重要内容。首先根据MMC的基本运行机理和连续模型,推导交直流侧阻抗的等效表达公式;然后提出基于测试信号法的阻抗计算方法和详细实现流程;最后利用PSCAD/EMTDC对典型系统进行仿真计算。结果表明:1)在电压源激励和电流源激励下所呈现的交流侧阻抗特性不同,而直流侧阻抗特性一致;2)交流侧阻抗特性难以利用无源元件简单串并联模拟,而直流侧阻抗可等效为单调谐滤波器;3)稳态运行点变化对交直流侧阻抗几乎没有影响;4)不同控制模式下交直流阻抗特性曲线基本趋势一致,主要在低频范围内略有不同。     

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。     

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。     

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...     

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...     

广东电网背靠背直流高频谐振风险及应对措施

基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的柔性直流输电系统接入电网后可能发生高频谐振现象,进一步导致柔性直流换流站执行闭锁逻辑保护对交流主网将产生严重的冲击。因此,研究柔性直流高频谐振及其抑制方案对提高工程安全性和可靠性具有重大促进作用。首先利用HISCAN软件对广东电网2025年规划交流电网进行了谐波阻抗扫描,采用广义奈奎斯特判据对广东电网系统存在的高频振荡风险点进行了全面的排查,然后通过所建立的电磁暂态模型进行时域仿真对柔性直流互联系统高频振荡进行时域评估和验证,最后针对系统可能存在的高频谐振点提出了解决振荡风险的相关抑制策略。     

高频谐波扰动下直流电网阻抗模型特征分析

直流配电网故障发展迅速且无固定频率的故障特征分量,因此,其故障特征的准确解析有重要的研究意义。从直流故障状态下系统阻抗特性分析出发,重点研究各类直流换流器的频率-阻抗响应。基于DC/DC变换器和模块化多电平换流器谐波通路,根据元件参数特性进行合理等效与简化,建立了上述变换器的高频阻抗模型。所述模型不受换流器控制策略影响,能够精确反映各类换流器的高频阻抗特性。     

模块化多电平换流器的交直流侧阻抗模型

模块化多电平换流器(MMC)的阻抗建模是分析基于MMC的电力电子系统交、直流侧谐振及稳定性的基础条件。依据MMC的拓扑结构、运行及控制特性,同时考虑环流控制对MMC交、直流侧阻抗的影响,分别推导了MMC直流侧和交流侧的小信号阻抗解析模型。利用MATLAB/Simulink搭建了三相MMC详细时域仿真模型,采用注入小扰动电压/电流的方法测量MMC交、直流侧的小信号阻抗,与推导的MMC交、直流侧阻抗解析模型的计算结果比较,验证了解析模型的正确性。MMC阻抗模型仿真结果表明:在不加环流控制的情况下,MMC交流侧的小信号阻抗在低频范围内存在谐振峰;而加入环流控制后,该谐振峰能够得到有效抑制。     

基于谐波线性化的模块化多电平换流器阻抗建模

模块化多电平换流器(MMC)的小信号阻抗建模是分析含MMC的电力系统谐振及稳定性的关键。MMC是一个多频率、非线性、周期性时变的系统,具有复杂的内部动态特性,传统的小信号建模方法无法直接用于MMC。采用谐波线性化法对MMC的交流侧小信号阻抗进行建模,计及谐波环流和电容电压稳态纹波的影响,并揭示了环流控制对MMC交流侧阻抗的作用机理。利用MATLAB/Simulink搭建三相MMC详细时域仿真模型,仿真测量结果验证了解析模型的正确性。     

模块化多电平直流融冰装置谐振机理及抑制措施研究

直流融冰作为电网抵御低温冰冻灾害的有效措施之一,融冰装置在线路覆冰期间的运行可靠性极其重要。首先介绍了全桥模块化多电平直流融冰装置的拓扑结构以及直流融冰装置融冰工作状态下直流侧振荡现象。其次,分析了融冰装置振荡机理并提出了抑制措施,即在直流电压前馈环节引入非线性滤波器对高频谐振进行抑制。最后通过仿真与实验验证表明:基于模块化多电平直流融冰系统阻抗的相频特性得到了大幅度的改善,控制系统可以正常解锁、升压,证明了抑制措施的有效性,降低了高频振荡风险。     

正负序电流环对柔直系统交流阻抗波动特性影响机理分析

柔性直流输电系统广泛采用阻抗分析法研究其稳定性问题,模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型是应用该分析方法的基础。在实际工程中,正负序电流控制环和序分离算法是MMC控制系统的重要组成部分。研究表明,当采用基于延时对消的正负序分离算法时,柔性直流输电系统的交流阻抗会出现规律性波动现象,但目前对该波动现象的机理研究尚不充分。首先,在考虑正负序电流控制环和序分离算法的前提下推导了MMC的详细阻抗模型,展现了阻抗波动现象,进而研究了正负序电流环控制器参数的不一致性对该波动特性的影响。其次,推导了MMC的简化阻抗模型并验证了利用该模型分析阻抗波动现象的合理性。基于该简化模型,从理论上分析了阻抗波动现象的产生机理,并从理论上研究了交流阻抗波动会随着正负序电流环控制器参数不一致性的增加而进一步加剧的影响机理。最后,通过实验验证了上述理论分析的正确性。     

基于模块化多电平矩阵式换流器的分频输电系统低频侧阻抗建模及稳定性判别

针对风电机组经分频输电并网系统低频侧稳定性判别的问题,该文采用阻抗分析方法,结合基于阻抗矩阵k-范数的稳定判据,实现了并网系统低频侧稳定性的快速判别。首先,基于模块化多电平矩阵式换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)的数学模型,针对M3C低频侧接风电机组并网这一典型场景设计了相应的无源控制器和对应的滤波电路,并对风电机组的模型进行了简化。其次,推导了M3C低频侧和风电机组的dq轴阻抗模型并利用扫频法验证了该文阻抗建模的正确性。然后,针对该系统低频侧稳定性设计了基于系统阻抗矩阵范数的快速判稳方法。最后,利用MATLAB对风电机组经分频输电并网系统低频侧的稳定性进行了判别并基于PSCAD仿真验证了该方法的有效性。     

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。     

MMC-HVDC直流侧阻抗模型简化方法

目前大多数模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型过于复杂,而已有的模型简化方法大多针对时域状态空间模型,不便于谐振分析。因此,以定有功功率控制和定直流电压控制的MMC为例,提出MMC直流侧阻抗模型简化方法。首先对MMC直流侧阻抗进行详细建模,根据分析得到的等效电容在高频段的旁路特性,保留低频段下的阻抗详细模型,忽略对整体阻抗特性几乎没有影响的部分,实现阻抗模型的简化,并基于简化模型提取阻抗特性的关键影响参数进行稳定性分析。最后基于PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,仿真结果验证了所提简化阻抗模型的准确性,以及关键参数对系统稳定性影响的分析结果。     

基于附加带阻滤波器的模块化多电平换流器高频谐振抑制策略

模块化多电平换流器控制系统的链路延时有可能引发高频谐振现象.该文建立了包含链路延时环节在内的模块化多电平换流器高频阻抗数学模型,根据阻抗分析法研究模块化多电平换流器高频谐振的产生机理.在此基础上,提出在电压前馈环节附加带阻滤波器的高频谐振抑制策略,设计带阻滤波器的控制参数,最后通过电磁暂态仿真验证了所提控制策略的有效性.     

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式。同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点。在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力。本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向。