[發明專利]有源/無源阻尼抑制柔性直流輸電系統高頻振蕩的方法

有效

• 申請號: 202110435078.6
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113162069B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 秦亮;王慶;周挺輝;楊詩琦;劉開培;韓谷靜
• 申請（專利權）人: 武漢大學;國家電網有限公司;南方電網科學研究院有限責任公司;武漢紡織大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/36
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

本發明公開一種有源/無源阻尼抑制柔性直流輸電系統高頻振蕩的方法，其包括如下步驟：建立交流系統，計算交流側電網的典型工況，根據穩定性判據的要求確定MMC在高頻段的最大相位；在MMC控制系統的電壓前饋通道加入濾波器；在MMC接入交流系統的PCC節點處并聯二階高通無源濾波器，根據柔性直流輸電系統的穩定裕度要求，綜合考慮二階高通無源濾波器的容量和損耗，設計二階高通無源濾波器的參數，實現柔性直流輸電系統高頻諧振抑制。本發明能夠在保證柔性直流輸電系統高頻段寬頻帶穩定的前提下提高諧振抑制方案的經濟性，在實際工程中具有一定意義。

技術領域

本發明屬于電力系統的電網穩定控制技術領域，具體地涉及一種有源和無源阻尼抑制柔性直流輸電系統高頻振蕩的方法。

背景技術

對于基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流輸電系統，相比于兩電平和三電平等低電平換流器，MMC的模塊數目更多，內部動態特性更為復雜，給柔性直流輸電技術帶來了更多穩定性問題，國內已投運的兩個背靠背柔性直流工程均出現了高頻諧振的現象?？刂奇溌返拈L延時特性會導致MMC的交流側阻抗在高頻段出現感性負阻尼，而交流側電網在該頻段可能呈現相位接近-90度的容性性質。根據穩定性判據，當MMC交流側阻抗與電網阻抗幅值相等、相位差大于180度時，系統會出現高頻振蕩。盡管工程上通過對前饋支路頻帶寬度的處理等手段，暫時解決了高頻諧振的問題，但這些手段只能針對某一特定頻段，且會發生MMC負阻尼段的轉移。交流電網運行方式發生改變時，仍存在諧振風險。由于未徹底解決高頻諧振問題，某直流工程只能降額運行，導致額定容量不足50％，造成了經濟浪費，同時也存在較大的安全風險。

目前對于基于MMC的柔性直流輸電系統的高頻諧振抑制策略主要為兩種：第一種是有源阻尼的手段。有源阻尼通過改變MMC控制系統，如優化控制器參數、構造新的控制回路等實現，但由于受換流器控制系統線性工作區的帶寬、控制時延和控制環之間的相互制約關系影響，有源阻尼的控制策略能夠調整MMC阻抗的范圍有限。第二種是采用無源阻尼的方法，由于不涉及MMC控制系統，因此不受上述因素的限制，在高壓直流輸電系統中通常用于穩態諧波的抑制，但采用無源阻尼的方法存在濾波器的容量較大，無源裝置的成本較高的問題。

發明內容

本發明的目的是針對基于有源阻尼的控制策略能夠調整MMC阻抗的范圍有限，采用無源阻尼的方法存在濾波器的容量較大，無源裝置的成本較高的問題，提出一種基于有源/無源阻尼抑制柔性直流輸電系統高頻振蕩的方法，在保證基于MMC的柔性直流輸電系統高頻段寬頻帶穩定的前提下提高諧振抑制方案的經濟性。

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種有源/無源阻尼抑制柔性直流輸電系統高頻振蕩的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：建立基于MMC的柔性直流輸電系統，所述基于MMC的柔性直流輸電系統包括交流系統和MMC，模擬交流側電網的典型工況，計算電網在各個工況下的戴維南等效阻抗；

步驟2：取所述步驟1中得到的典型工況下電網阻抗高頻段的容性段中相位絕對值最大的情況，確定MMC的最大相位；

步驟3：將步驟1中所述MMC的控制系統的電壓前饋通道加入濾波器獲得改進后MMC控制系統；

步驟4：在所述步驟1中MMC接入交流系統的PCC節點處并聯二階高通無源濾波器獲得改進后MMC，所述二階高通無源濾波器包括電容、電感和電阻元件；

步驟5：確定步驟4中所述二階高通無源濾波器的元件參數，包括以下具體步驟：

步驟51：選定無功補償容量Q_C和品質因數q的初值，確定最優截止頻率f₀，使得所述步驟4中改進后MMC在高頻段的平均相位裕度最低；