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。     

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.     

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。     

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...     

模块化多电平换流器的主动谐波谐振抑制策略

联接云南电网与南方电网主网的鲁西背靠背直流异步联网工程异步联网工程投产初期,广西侧送出交流线路受故障影响仅剩一回,随后广西侧母线电压和输出电流中出现了频率为1 270 Hz的谐波分量,引起柔性直流单元换流变压器分接开关频繁动作,最终导致柔性直流单元跳闸。首先,从鲁西背靠背直流异步联网工程高频谐振事件入手,分析大容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与交流系统的谐振机理;接着,给出了MMC谐波阻抗的计算方法,利用阻抗分析法分析了高频谐振的条件,并提出MMC的控制结构改进方法,有效抑制了其输出电流的高频谐波分量;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对谐振事故现象进行了复现,证明了所提抑制策略可以实现对高频谐波谐振的有效抑制。     

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。     

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。     

考虑SVG控制模式的风电场系统中频谐振分析与抑制

目前对集群风电场谐振的研究多集中于次同步与高频谐振问题,缺乏对含静止无功发生器(SVG)的集群风电场中频谐振机理的深入探索。针对空载线路投入导致的风电场区域系统中频谐振问题,根据谐波线性化理论,分别建立定功率因数控制与恒无功控制模式的SVG序阻抗模型以及直驱风机序阻抗模型。采用阻抗分析法,发现SVG采用定功率因数控制将扩大风电场区域系统中频负阻尼范围,增加风电场区域系统发生中频谐振的风险,因此提出一种基于SVG电压前馈施加低通滤波器的谐振抑制措施,实现对风电场区域系统的阻抗重塑,以减小风电场区域系统负阻尼区间。最后通过仿真验证了理论分析和所提谐振抑制措施的正确性。     

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C型滤波器的MMC高频振荡抑制及参数设计方法

由于链路延时，基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统的高频段规律性出现负阻尼特性，易与交流系统阻抗相互作用，造成高频振荡现象。为完全消除MMC的负阻尼，提出在交流母线处并联C型滤波器的无源抑制方法，通过设计其串联谐振支路在基频处谐振，可减少滤波器的基频有功损耗。此外，提出了基于第1负阻尼频段的参数设计方法，且参数选取时考虑了元件成本。电磁暂态仿真结果表明，所提C型滤波器及其参数设计方法能够大幅减少基频有功损耗，有效抑制MMC高频振荡，且不会影响系统的稳态和暂态特性。     

集群风场系统链式SVG高频谐振分析与抑制

针对含链式静止无功发生器(static var generator, SVG)的风场区域系统高频谐振问题,首先采用谐波线性化的方法建立包含锁相环、功率外环以及电流内环在内的SVG谐波阻抗模型。利用阻抗分析法对风场区域空载线路投入对SVG稳定性的影响进行分析,揭示风场区域系统高频谐振的发生机理。然后,为抑制系统高频谐振,提出一种基于电压前馈附加带阻滤波器的SVG高频谐振抑制策略。对SVG侧中高频段等效阻抗进行重塑,以保证在该频段系统呈正阻尼状态。并讨论带阻滤波器中心频率和阻尼系数对系统相位裕度的影响。最后利用搭建的含链式SVG风场区域系统仿真模型,验证了理论分析的正确性和所提抑制策略的有效性。     

基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

多落点混合级联直流系统存在特有的模块化多电平换流器(MMC)功率盈余问题。当受端交流系统发生短路故障时,MMC过流、过压将引起MMC阀组闭锁,进一步可能导致系统功率中断。多落点混合级联直流系统整流侧采用电网换相型换流器(LCC)、逆变侧采用LCC与多台MMC级联。针对该系统提出一种适用于受端交流系统故障的故障电流限制方法,在逆变侧MMC控制中引入虚拟阻抗降低故障电流,无需额外添加设备。对虚拟阻抗的控制引入、计算以及投入实现过程进行了详细阐述,并在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真分析。结果表明,所设计的虚拟阻抗控制器可以实现故障电流的有效抑制,并防止功率倒送,从而实现混合级联直流系统的交流故障成功穿越和功率可靠传输。     

混合高压直流输电系统的直流谐振抑制方法北大核心CSCD

通过将混合两端高压直流输电系统的直流侧简化为串联的LC负载,建立系统数学模型,分析了混合高压直流系统的直流谐振问题,提出了一种阻尼注入抑制谐振的新型控制方法,即在不改变交流侧电流和电压的情况下,通过动态调整MMC投入子模块的总数实现对系统直流回路注入阻尼的目的,从而抑制直流谐振。PSCAD仿真验证了该方法的可行性和性能,所提出的控制方法可以有效地抑制混合高压直流输电系统直流谐振。     

交流不对称多端柔直受端换流站交互影响分析与抑制方法

对于多端柔性直流(modular multilevel converter multiterminal direct current,MMC-MTDC)输电系统,单个受端换流站交流侧不对称不仅会导致MMC阀侧交流电流失衡,而且可能引发直流线路电压、电流和传输功率出现二倍频波动,此类扰动会影响到其他换流站的稳定运行。针对此问题,首先分析了采用不同控制模式的受端换流站间二倍频扰动交互影响机理,发现较直流电压控制MMC而言,采用下垂控制的MMC受到的扰动影响程度更大。而后,为减少受端换流站间二倍频扰动交互影响程度,构建一种受端换流站通用改进控制策略,通过对MMC阀侧电流和桥臂能量的平衡优化控制,实现了平抑受端站间直流电压、电流和功率扰动的目的。最后,基于RT-LAB5600实时在线仿真平台,搭建四端MMC-MTDC系统仿真模型,验证了所提受端换流站改进控制策略的有效性。     

混合高压直流输电系统的直流谐振抑制方法

通过将混合两端高压直流输电系统的直流侧简化为串联的LC负载,建立系统数学模型,分析了混合高压直流系统的直流谐振问题,提出了一种阻尼注入抑制谐振的新型控制方法,即在不改变交流侧电流和电压的情况下,通过动态调整MMC投入子模块的总数实现对系统直流回路注入阻尼的目的,从而抑制直流谐振。PSCAD仿真验证了该方法的可行性和性能,所提出的控制方法可以有效地抑制混合高压直流输电系统直流谐振。     

柔性直流输电系统高频振荡抑制策略研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel convert,MMC)的柔性直流输电系统的长控制链路延时使柔性直流系统高频阻抗呈现负阻尼特性,易与交流输电线路分布参数相互作用造成高频振荡现象。该文根据电流内环控制建立换流器高频阻抗简化模型,从原理上分析附加阻尼控制环节对抑制系统高频振荡现象的局限性;其次,分析用于高频振荡抑制的无源滤波装置的外特性要求,提出并联RLC高通滤波装置的振荡抑制方案以及滤波装置参数设计方法,能够适应系统工况改变,并有效控制损耗;最后,基于实际工程仿真试验验证理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

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。     

柔性直流输电系统高频振荡特性分析及抑制策略研究

柔性直流输电系统的链路延时是其固有特性,使柔直高频阻抗呈现"负电阻电感"特性,可能与长交流线路的分布电容相互作用导致高频振荡失稳现象发生。文章首先建立柔直系统和交流线路等效数学模型。其次,考虑模块化多电平换流器(modular multilevel convert,MMC)内部动态特性、锁相环、环流抑制控制器、延时等因素在内,建立MMC在dq坐标系下的阻抗模型,分析相关环节对柔直高频阻抗特性的影响及高频振荡特性。再次,提出高频振荡阻尼控制策略,采用MMC简化模型分析阻尼控制器参数对阻抗高频特性的影响,并设计保持系统稳定的控制器参数。最后,利用电磁暂态仿真模型验证所提策略的有效性及参数设计的正确性。     

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。     

兴安直流工程交直流系统谐振影响因素分析及其抑制措施

针对兴安直流工程出现的谐振放大问题,研究了谐振抑制机理。基于同时考虑送、受端交流系统和直流系统的阻抗等值网络,通过频率扫描法研究等值网络的阻抗特性和谐振抑制稳定性,结果证实兴安直流工程交直流系统在特定频率附近存在谐振风险,与暂态仿真结果和现场振荡现象一致。对直流振荡特性的影响因素进行了仿真分析,提出改造直流侧网络阻抗的谐振抑制方法。仿真结果验证了所提策略对谐振抑制的有效性。最后,将所提策略应用于兴安直流工程,典型运行方式下未再出现谐振现象。