【摘 要】
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随着高压柔性直流输电技术的飞速发展,模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）在远距离输电领域扮演着愈发重要的角色。然而高比例新能源电力电子系统复杂的动态特性也同样导致了严重的稳定性问题,实际工程的振荡频率点并存、互相耦合的现象早已屡见不鲜。基于阻抗的稳定性分析方法是研究并网设备和电网之间交互稳定性的一个重要手段,以往的一些研究成果未考虑其中可能存在的镜
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随着高压柔性直流输电技术的飞速发展,模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）在远距离输电领域扮演着愈发重要的角色。然而高比例新能源电力电子系统复杂的动态特性也同样导致了严重的稳定性问题,实际工程的振荡频率点并存、互相耦合的现象早已屡见不鲜。基于阻抗的稳定性分析方法是研究并网设备和电网之间交互稳定性的一个重要手段,以往的一些研究成果未考虑其中可能存在的镜像频率效应（Mirror Frequency Effect,MFE）。本文利用谐波线性化法,综合考虑了MMC系统中各控制环节影响、主电路内部动态行为以及频率耦合效应,建立了MMC端口阻抗模型并展开稳定性研究。首先通过MMC的基本数学模型推导子模块电容电压的调制信号,详细地展示了系统的调制过程,随后在PSCAD/EMTDC平台搭建了详细的三相并网MMC电磁暂态仿真模型。仿真结果实现了MMC的控制目标并验证了二倍频环流控制策略良好的控制效果,为阻抗模型和振荡分析的验证奠定基础。然后根据频率耦合效应的产生机理和频率特点,利用谐波线性化法推导了扰动信号在各控制环节和主电路环节的传递过程,建立了考虑耦合效应的MMC端口阻抗模型。并基于频率扫描法对电磁暂态模型端口阻抗进行测量,验证了理论阻抗模型的准确性,表明所建立的理论阻抗模型能够准确反应MMC在直流电压控制下的端口阻抗特性。最后利用阻抗理论模型对直流电压控制下的MMC系统端口特性展开分析,采用理论仿真与时域仿真相结合的方式证明了MMC中存在着明显的MFE,并详细分析了控制参数和硬件参数对阻抗幅频特性的影响。利用阻抗稳定性判据准则对MMC系统稳定性进行了详细分析,通过仿真结果得出耦合分量对于系统稳定性具有重要的影响。
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