多端柔直换流站高频谐振及传播机理分析与抑制

针对空载线路投入引起的多端柔性直流(modular multilevel converter multi-terminal direct current, MMC-MTDC)输电系统高频谐振的问题,首先建立了MMC高频简化阻抗模型,基于阻抗分析法分析了空载线路投入引发单个MMC发生高频谐振的电气机理,分析发现由于空载线路投入使得MMC交流侧等效阻抗在高频段呈现负阻尼,继而引发高频谐振。而后针对不同控制方式下的受端换流站进行联合建模,通过对高频谐振能量在站间的传播路径及其对受端MMC运行影响的研究,发现MMC交流侧高频谐振能通过直流线路对其他MMC产生影响,其影响程度与外环控制方式有关。针对高频谐振问题,采用电压前馈增设带阻滤波器的抑制策略,消除了MMC在高频谐振点的负阻尼,完成了对起振MMC的阻抗重塑,有效抑制了MMC高频谐振,并降低了高频谐振能量传播对其余MMC的负面影响。最后利用RT-LAB5600实时在线仿真平台,验证了MMC高频谐振分析方法的正确性与相应抑制方法的有效性。     

柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识

柔性直流输电系统接入交流电网后存在高频谐振的风险,研究表明交流电网运行方式变化与高频谐振的产生存在内在关联。针对交直流系统中的高频谐振问题,首先构建了柔性直流输电系统直流侧和交流侧计及串补站的等效阻抗模型,分析了柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振机理。对柔性直流输电系统交流侧运行方式变化(特别是线路发生N-1、N-2故障)下等效阻抗的变化规律进行了理论分析和总结。此外,提出了一种柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识方法,并以某地区电网局部交直流系统实际数据为例进行仿真,验证了所提辨识方法的有效性。     

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.     

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。     

柔性直流接入电网后的高频谐振及其抑制策略

受控制链路延时的影响,基于MMC(模块化多电平换流器)的柔性直流输电系统接入电网后可能发生高频谐振现象。对此,在dq坐标下建立了包含控制系统在内的柔性直流系统高频阻抗模型和交流系统等效模型,分析了柔性直流系统高频谐振机理。在此基础上,提出基于准谐振控制的柔性直流输电系统高频谐振抑制策略,给出了准谐振控制器R的参数设计方法,最后通过电磁暂态仿真验证了所提控制策略的正确性、可行性。     

?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。     

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。     

无锁相环直接功率控制下双馈风电与VSC-HVDC互联系统高频振荡抑制技术

随着风电和柔性高压直流输电的快速发展,风电大规模接入柔直输电的互联系统会面临宽频带的振荡问题。基于无锁相环直接功率控制的双馈风电系统可以去除锁相环,以降低锁相环带宽内的失稳风险,但其宽频带频率耦合特性会影响风电系统高频阻抗。针对无锁相环直接功率控制的双馈风电与电压源型高压直流输电系统(voltagesourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)高频稳定性问题,首先根据相序阻抗模型分析控制延时对系统高频阻抗的影响规律;进一步地,基于VSC-HVDC阻抗模型和双馈风电场等效单输入单输出阻抗模型研究了互联系统高频谐振发生机理,并提出基于延时消除的双馈风电系统阻抗重塑方法,避免因延时引发的高频谐振。仿真验证了研究内容的正确性。     

基于MMC拓扑的混合型滤波器设计及其在LCC-HVDC中的应用

针对传统无源滤波器占地面积大、易与交流电网阻抗引发串并联谐振等固有问题,提出一种适用于基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统交流侧滤波的混合型滤波器。该混合型滤波器的无源滤波部分与有源滤波部分串联后与电网并联,其中无源滤波部分为传统的双调谐滤波器,有源滤波部分基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构。分析了有源滤波部分的输出电压控制增益、交流电网等效阻抗对混合型滤波器滤波性能的影响,利用根轨迹法确定了增益的取值范围。最后在Cigre模型的整流侧完成仿真验证。结果表明,该混合型滤波器能够减少传统无源滤波器的占地面积,具有良好的滤波效果及较强的鲁棒性,能实现换流站无功功率的全补偿。     

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。     

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。     

风电场柔性直流并网系统镇定器的频域分析与设计

风电场经基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter based high-voltage direct current,MMC-HVDC)并网时易出现次同步振荡现象。引入谐波状态空间建模方法建立了MMC的多频率耦合模型,在此基础上,利用谐波线性化原理推导了计及内部动态过程的MMC交流侧小信号阻抗模型。从阻抗特性的角度揭示了风电场经MMC-HVDC并网系统的失稳机理。在失稳机理分析的基础上,分别从风电场侧MMC换流站和风电场两方面提出了互联系统的镇定控制方法,并对控制参数进行了设计。基于Matlab/Simulink建立了风电场经MMC-HVDC并网系统的时域仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

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。     

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。     

计及扰动源输出原副边特性的直流配电网谐振分析方法

现有阻抗和模态分析法均忽略了扰动源经换流器传递对系统谐振特性的影响,容易造成分析结果的偏差和谐振点的遗漏。为此,该文首先定义扰动源传递函数为换流器输入侧扰动源与输出侧等效电流源之间的对应关系,从系统尺度提出了计及扰动源传递函数的系统阻抗修正模型,揭示扰动源输出特性对直流配电网谐振特性的影响机理,提高了分析结果的准确性和全面性;然后,基于修正的系统阻抗模型,从元器件参数尺度提出计及扰动源传递函数的换流器模态灵敏度计算方法,量化扰动源输出特性对谐振的影响程度,拓展了灵敏度分析的应用场景,实现了直流配电网全局元器件灵敏度分析;最后,通过PSCAD/EMTDC搭建了直流配电网仿真模型,验证了两种尺度下所提分析方法的有效性。     

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。     

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...     

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。     

向家坝-上海特高压直流输电工程直流回路的谐振研究

通过对换流阀、平波电抗器、直流滤波器(DCF)、输电线路等直流输电系统关键组成部分的研究, 建立了计算UHVDC 系统阻抗频率曲线所需要的模型。计算采用PSCAD/EMTDC 模拟, 换流阀、平波电抗器、DCF采用集总参数模型, 输电线路采用扩展Bergeron 分布参数模型。利用此方法, 完成了向家坝—上海特高压直流输电工程的阻抗- 频率特性曲线的计算, 并给出了长距离特高压直流输电工程发生直流谐振的解决方案。     

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。