特高压电容式电压互感器阻抗测量及参数灵敏度分析

为改善特高压电容式电压互感器(CVT)的工艺结构,提高其瞬态性能和可靠性,研究了其宽频阻抗特性的测量和建模方法。首先,通过不同的测量方法获得了压接型和焊接型工艺结构的1 000 kV特高压CVT电容分压器的宽频阻抗特性,并相互验证了测量方法的有效性;其次,基于特高压CVT电容分压器的宽频阻抗测量数据,建立了具有物理意义的宽频等效电路模型,通过宽频阻抗仿真结果与测量结果的比较验证了模型的正确性和有效性;最后,定义了评价CVT性能的网络函数,并对特高压CVT电容分压器的蓄积电阻与蓄积电感、电容器电容与电导、均压环对地电容等电路参数进行了灵敏度分析,为特高压CVT的优化设计、瞬态分析和工艺改进等提供了依据。     

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。     

基于谐波状态空间的MMC小信号阻抗建模

模块化多电平变换器(MMC)的小信号阻抗建模是分析基于MMC的电力电子系统谐振和稳定性的关键.针对MMC阻抗建模中不能全面考虑桥臂电流和电容电压中稳态谐波分量的影响问题,引入谐波状态空间(HSS)建模方法来描述多谐波耦合特性.首先对基于HSS的MMC模型进行了介绍.随后在提出的MMC HSS模型的基础上,建立了MMC的小信号阻抗模型,该模型能够包含MMC内部的所有谐波,并全面考虑了交流电压闭环控制方案对其影响.提出的模型揭示了MMC内部动态特性和控制动态特性对MMC阻抗的影响.最后,通过仿真和实验对所提出的阻抗模型进行了验证.     

影响电容式电压互感器谐波传递特性的关键参数

电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)已广泛应用在电力系统中,但由于其结构中含有电容和非线性电感等,无法对谐波进行准确测量。综合考虑CVT制造参数和杂散电容等因素,建立CVT谐波阻抗模型并推导其完整的传递函数,并通过模型仿真结果与实测CVT谐波试验结果的对比,验证了模型的准确性;在此基础上仿真分析了CVT的关键参数对其谐波传递特性的影响。对CVT准确测量谐波和CVT设计、生产制造以及工艺优化提供一定的参考借鉴。     

电容式电压互感器谐波传递特性试验电路研究

电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT)在66 k V及以上电网的广泛应用,对其谐波传递特性研究日趋重要。本文运用黑箱理论并结合CVT电气构造特点,搭建一种可以获取CVT谐波传递特性的试验电路。从电容分压器结构和电介质材料角度研究电介质极化与外电场频率关系,确定在50 Hz~25 00 Hz范围内频率变化不影响电容分压器分压比。再整体分析试验电路,建立试验电路网络阻抗模型,仿真不同分压点电压之间关系,并通过试验进行相互验证,论证测量CVT谐波传递特性的试验电路的正确性。为测量CVT谐波传递特性提供科学规范的测量方法,对CVT谐波传递非线性机理深入研究具有重要意义。     

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。     

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。     

特高压CVT电容分压器的宽频建模

特高压电容式电压互感器（CVT）作为特高压电网中重要的一次设备,其电容分压器承受着来自电网的特高电压,建立特高压CVT电容分压器的宽频模型对研究其过电压分布具有重要的意义。通过网络分析仪测量特高压CVT电容分压器的宽频阻抗参数,然后利用矢量匹配法对测量到的宽频阻抗参数进行有理函数逼近,再通过电路综合理论得到特高压CVT电容分压器的宽频等效电路。通过对2台电容分压器的测量和建模结果进行对比分析可知,该方法适用于建立特高压CVT电容分压器宽频等效电路模型。     

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。     

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。     

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。     

双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析

风电系统接入基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流(HVDC)输电系统是极具前景的输电方案,同时也面临较为突出的系统稳定性问题。小信号阻抗分析法是研究互联系统稳定的有效办法。然而,MMC的内动态特性使得精确建立其阻抗模型具有较大难度。文中采用多谐波线性化方法建立了采用双闭环定交流电压控制的MMC送端换流站小信号阻抗模型,可实现电流环对MMC阻抗影响的准确分析。针对直驱风机通过MMC-HVDC系统并网的系统,利用阻抗分析法分别分析了MMC电流环不同控制带宽下互联系统振荡的问题,为电流环参数优化设计提供了依据。最后,基于MATLAB/Simulink的仿真结果证明了阻抗模型和稳定性分析理论的正确性。     

柔性直流输电系统阻抗稳定性分析

采用基于ESAC(energy system analysis consortium)标准的阻抗分析方法分析了柔性直流输电系统(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)的阻抗特性和稳定性。首先建立了柔性直流输电系统的等效电路,进而通过其复频域等效电路分析了VSC-HVDC柔直系统的阻抗特性,并由ESAC标准的阻抗分析法提出了判断VSC-HVDC柔直系统稳定性的实用判据。然后在复频域中得到了柔直换流站在不同PI控制参数下的Nyquist曲线以确定柔直系统的稳定性。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行了时域电磁暂态仿真,其稳定性结果与在复频域中的计算结果一致,进一步验证了所提出的稳定判据的正确性。     

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.     

全桥型MMC数字-物理混合仿真阻尼阻抗接口模型

数字-物理混合仿真结合了数字仿真与物理实验的优势,为复杂电力电子设备的理论研究和工程设计过程提供了便利。然而数字-物理接口的存在可能导致数字-物理混合仿真结果精度降低甚至变得不稳定。为解决数字-物理接口引起的失稳问题,文中在传统阻尼阻抗接口模型的基础上,针对应用于柔性直流输电的全桥型模块化多电平换流器(MMC),提出一种接口补偿阻抗设计方法。首先,全面充分地考虑了接口引入的延时、扰动对系统稳定性和精确性的影响,根据MMC的运行特点,设计了结构简单的RLC串联结构补偿阻抗,使之在不同运行工况下均可确保系统稳定、高精度运行。在此基础上,搭建了基于全桥型MMC直流背靠背的数字-物理混合仿真实验平台,利用数字侧模拟电压暂降、短路等故障,而物理侧全桥型MMC实现故障穿越过程。实验结果表明,所提接口补偿阻抗设计方案保证了系统在各种工况下的有效性。     

基于Sobol拟随机脉宽调制的电网阻抗测量方法

利用并网逆变器获取的实时电网阻抗信息可用于电网状态监测、故障诊断、并网设备稳定控制等领域,提高并网设备和电网调控的智能化水平。由于注入的扰动信号常施加于逆变器电流控制环路,阻抗测量频段受限于控制器带宽。为了提高高频阻抗测量的准确性,文中利用随机脉宽调制的频谱搬移和Sobol拟随机序列的均匀性,提出了一种基于Sobol拟随机脉宽调制(SQRPWM)的电网阻抗测量方法,并根据系统带宽和稳定性约束等条件优化设计了SQRPWM频率边界。在Starsim的实验平台上验证了所提出的SQRPWM阻抗测量方案以及单脉冲+SQRPWM混合阻抗测量方案的可行性,结果表明所提阻抗测量方案具有扰动小、高频段测量精度高的优点,并可与基于电流扰动的阻抗测量方案联合,扩展电网阻抗测量的频段,获取宽频阻抗信息。