MMC-HVDC系统高频振荡机理及抑制策略研究

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由于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有高度模块化、波形质量高、运行损耗较低等优良特性,基于MMC的柔性直流输电技术在我国电力系统中得到了广泛应用。近年来,国内多个柔性直流输电工程在运行或调试过程中出现了高频振荡现象。现有工作针对MMC小信号建模和系统高频振荡机理展开研究,并提出了相应的抑制策略,但现有文献采用较多的简化阻抗模型在较低频段存在一定误差,且所提抑制策略无法适应交流网络的变化。针对这些问题,本文围绕基于MMC的柔性直流输电系统高频振荡机理及抑制策略设计展开研究:首先,介绍了基于MMC的柔性直流输电系统的基本拓扑结构,使用谐波线性化的方法推导了考虑详细控制结构的MMC阻抗模型,并使用多个π型电路级联的集中参数模型来模拟输电线路特性,建立了交流网络的阻抗模型。然后,基于所建立的模型,结合Nyquist稳定判据分析得到系统发生高频振荡的机理可总结为在某一高频范围内呈现负电阻电感特性的MMC与对应频段内呈现容性的交流网络之间的相互作用导致。为了给后续抑制策略设计提供指导,分别分析了控制系统和交流网络参数对高频振荡的影响,分析表明控制系统中电压前馈环节和电流内环是影响系统高频振荡的主要环节,交流网络参数主要影响系统存在高频振荡风险的频率段。最后,对现有抑制策略进行分析,表明现有抑制策略能够在特定交流网络工况下实现高频振荡抑制,但无法适应交流网络的变化。针对该问题,提出了基于自适应陷波器的高频振荡抑制策略,对其参数进行了设计,并通过仿真模型验证了所提抑制策略在各种交流网络工况下的有效性。
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