基于电容能量的模块化多电平换流器次同步振荡抑制及其阻抗分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)易与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的情况,文中提出一种基于MMC电容能量控制的次同步振荡抑制方法。该方法通过控制环流的零序分量来调制MMC中储存的电容能量,使得电容能量根据公共连接点频率对次同步振荡进行阻尼。基于谐波状态空间理论建立考虑能量控制的MMC序阻抗模型,从交流侧阻抗角度分析能量控制对MMC动态的影响,并研究MMC与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的机理。分析结果表明,能量阻尼控制抑制了MMC阻抗中次同步频段的谐振峰;风电出力过大或电网短路比过小时,MMC易出现次同步振荡;在MMC采取定交流电压与定功率控制两种情形下,文中提出的能量阻尼控制都能有效阻尼次同步振荡。此外,理论阻抗建模及控制器性能都在电磁暂态仿真中得到验证。     

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。     

MMC-HVDC输电系统中高频阻抗建模及谐振机理分析

目前对基于模块化多电平换流器的高压直流(modular multilevelconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,MMC-HVDC)输电系统的中高频谐振机理尚缺乏系统性的研究,因此,基于分块化阻抗建模方法和谐波阻抗分析法系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的中高频谐振机理。首先,基于分块化阻抗建模方法,将MMC-HVDC输电系统进行分块,通过对交直流系统电路及MMC控制系统的分析,分别建立了MMC交、直流侧等效阻抗模型,同时根据线路的分布参数特性建立了输电线路阻抗模型,形成了MMC-HVDC输电系统等效模型;其次,通过研究控制环节和参数对MMC等效阻抗的影响,获得了主要的影响因素;然后将谐振分为有源谐振和无源谐振,从而系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的谐振机理;最后,通过仿真验证了所建模型及谐振分析方法的有效性和正确性。分析及仿真结果表明：在中高频段,MMC直流侧系统仅可发生有源谐振,谐振频率主要与直流线路参数有关;MMC交流侧系统可发生无源和有源谐振,无源谐振主要受MMC交流侧阻抗负阻尼特性的影响,而有源谐振与MMC和电网参数均相关。     

考虑多频率谐波动态的模块化多电平换流器建模及耦合特性分析

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)复杂的电力电子化特征,使其与交直流电网间存在不易描述的多频率耦合现象。基于谐波状态空间原理建立起MMC主电路和包括电流矢量与环流抑制等在内的控制系统的小信号模型,通过二者的接口关系整合出MMC系统模型,其涵盖了多频率谐波的动态特性。以该模型为基础,提出MMC系统谐波传递函数计算方法,并根据谐波传递函数矩阵给出交、直流电流及MMC内部环流的谐波耦合阻抗全局关系,进一步分析了扰动谐波与这3组不同电流谐波分量的频率耦合特性。最后,通过电磁暂态仿真模型与文中建立的小信号模型进行不同工况下的仿真与计算的对比,验证了小信号建模的有效性和谐波耦合特性分析的正确性。     

二次侧注入扰动的变流器次超同步频段广义阻抗测量方法

基于广义阻抗的稳定判据充分考虑了次超同步频段电网和变流器的耦合作用,并可将系统稳定性分析转化为对单输入单输出系统的分析。从二次侧注入扰动不仅可以测量变流器的广义阻抗,相比一次侧注入扰动,还具有成本低、操作简单的优势。为此,提出了二次侧注入扰动的变流器次超同步频段任意功率因数下广义阻抗测量方法。首先,推导了任意功率因数下的系统广义阻抗和考虑二次侧扰动信号注入的原-对偶复电路;然后,从电路的角度解释了所提广义阻抗测量原理;最后,根据测量原理给出了该频段二次侧注入扰动的变流器广义阻抗测量方法。所提方法是现有广义阻抗测量方法的推广,通过仿真分析可验证所提方法的有效性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于动态相量及传递函数矩阵的模块化多电平换流器交直流侧阻抗建模方法

该文提出一种模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交直流侧阻抗的统一建模方法。动态相量被用于MMC的电气建模,该模型建立在旋转d-q坐标系下,并且考虑了环流动态。将线性化的MMC10阶动态相量模型通过拉普拉斯变换转换到s平面并与控制系统结合,得到代表MMC闭环控制动态的频域模型,在该模型的基础上,基于传递函数矩阵推导了MMC的交直流侧阻抗。与电磁暂态仿真的对比表明该文推导的交直流侧阻抗模型在1～3000Hz内具有较高的精度。最后,将建立的交流侧阻抗用于一起MMC高频谐振事故分析,将直流侧阻抗用于平波电抗器对双端直流输电稳定性的影响分析。分析结果进一步验证了所提模型的有效性,同时指出,高延时会导致高频振荡产生;过大的平波电抗器易导致HVDC出现直流谐振。     

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LTP时域分析方法的MMC并网系统稳定性分析

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有多频率耦合特性,在电力系统中存在多频段不稳定风险。区别于现有建模方法,线性周期时变(linear time-periodic,LTP)时域分析方法在建模过程中既没有忽略多频次成分,也没有作复杂的多频次成分展开,适用于MMC并网系统稳定性分析。本文考虑了基频电流控制器及控制器延时,建立了MMC并网系统LTP时域模型,研究MMC连接强电网和弱电网时控制器参数对系统稳定性影响。利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了分析结果的正确性。     

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。     

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。     

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。     

带变频驱动系统的感应电机故障诊断研究

为了研究带驱动系统的感应电机故障诊断,利用逆变器和整流器的开关函数,对感应电机发生故障时的逆变器直流侧电流和整流器交流侧电流进行解析分析,推导出电机故障特征信息在驱动系统中的传播规律,在逆变器直流侧电流和整流器交流侧电流谱中得到了相应电机故障的特征频率分量.以电机转子故障为例进行仿真和实验,实验结果证明了理论分析的正确...     

特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略

在基于两个阀组串联构成一极的特高压柔性直流输电系统主接线方案中,为了实现混合型模块化多电平换流器(MMC)阀组的在线投入并简化其操作流程,混合型MMC需具备在直流侧短接情况下完成启动充电的能力。首先分析了直流侧短接时混合型MMC在不控充电阶段的工作原理,发现该阶段所有半桥子模块始终处于旁路状态,其自取能电源无法启动。为解决这一问题,提出了一种基于负向电流支路部分子模块切出的可控充电控制策略。该方法不仅可保证半桥子模块电容能够串入回路中进行充电,而且可维持子模块间的电压均衡,并最终将其电容充电到额定电压附近。最后,在仿真模型以及实验样机上验证了所提策略的有效性以及性能分析的正确性。     

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题.首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗.根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系.分...     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

直流侧故障下MMC-HVDC输电线路过电压计算

针对基于模块化多电平换流器的高压直流（modular multi-level converter-high voltage direct current,MMC-HVDC）输电系统,为了快速而有效地计算其直流侧单极接地故障下直流线路最大过电压,详细地分析了几种相应的等效计算模型.首先,基于能量守恒定律,得到模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的等效模型I.在该模型中,MMC被拆分为直流侧等效电路和交流侧等效电路,其中前者由2个受控电流源和1个理想电容组成.其次,考虑到单极接地故障下MMC子模块电容电压几乎不变的特性,并且直流电缆可以使用π等效电路模型替代,就能得到MMC的等效模型Ⅱ.最后,基于时域仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了400 MW/±200 kV数字仿真模型,验证了2种等效模型的有效性.