[發明專利]一種基于多開關函數的LCC寬頻阻抗模型構建方法

在審

• 申請號: 202210863163.7
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115208214A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 李保宏;徐瑞廷;劉天琪;江琴
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02M7/162
• 分類號: H02M7/162;H02M1/088;G06F30/20
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

本發明公開了一種基于多開關函數的LCC寬頻阻抗模型構建方法，從LCC自身換相機制出發，使用多個開關函數描述LCC的電流電壓，將LCC的換相過程分為縱向換相過程和橫向換相過程；構建LCC的時域模型，為換相重疊過程設立對應的開關函數，表達出計及換相過程時的LCC交直流側電壓電流波形；對LCC的時域模型進行線性化，轉化到諧波狀態空間模型，計算LCC阻抗。本發明基于多個開關函數和諧波狀態空間法，并考慮了包括鎖相環在內的控制環路影響，建立了一種能夠描述電網換相型換流器LCC特征諧波和動態換相重疊過程的模型，可以準確計算出其在0~2000Hz范圍內的交直流側阻抗，填補了當前在LCC寬頻阻抗計算方法上的空白，為含LCC系統的諧波穩定性分析提供有力工具。

技術領域

本發明諧波穩定性研究涉及技術領域，具體為一種基于多開關函數的LCC寬頻阻抗模型構建方法。

背景技術

諧波穩定性是指研究換流器等非線性負荷接入系統后，系統在某個或某些頻率的諧波幅值是否會出現持續增大的現象，即諧波不穩定現象。當諧波不穩定發生時，會影響系統中各設備的正常運行，并且可能使一些保護裝置誤動作造成更嚴重的影響。

LCC(line-commutated-converter電網換相換流器)是一種基于晶閘管搭建的大功率換流器，被廣泛應用于電力調壓調速以及高壓直流輸電等領域，其拓撲如圖1所示。LCC通過控制1～6號晶閘管在一個工頻周期內輪流導通實現其交直流側電能的變換，這一變換方式也會使得其存在交流側6k±1次和6k次直流側的特征諧波。另一方面，由于LCC在接入交流側電壓源時中間存在變壓器漏感等感性元件，使得其晶閘管的關斷不能立刻完成，即存在換相重疊過程，這一過程的持續時間會隨外界擾動變化，并且也會對其交直流側電壓電流波形產生影響。因此，需要考慮以上特性，研究含LCC系統的諧波穩定性問題。

在使用阻抗法分析含LCC系統的諧波穩定性時，需要提供LCC在寬頻段范圍內(0～2000Hz)的交直流側阻抗。由于LCC含有特征諧波以及換相重疊過程，難以建立其精確的模型，進而計算出需要的阻抗。使用不精確的阻抗進行穩定性分析會導致出現錯誤的判定結果。

方案1：基于單一電流、電壓開關函數計算阻抗，無法正確體現動態(或者說變化的)換相重疊過程；參考文獻如下：

[參考文獻1]江克證,朱建行,胡家兵,等.計及開關過程的LCC-HVDC小信號建模及其對電力系統電磁尺度穩定性分析[J].清華大學學報(自然科學版),2021,61(05):395-402.

[參考文獻2]莫澤,汪娟娟,丁天皓,等.基于改進開關函數的LCC-HVDC直流阻抗建模及小擾動穩定性分析[J/OL].電網技術:1-20[2022-06-09].

方案2：基于狀態平均法計算阻抗，無法考慮特征諧波影響，也無法準確反映LCC高頻動態特性，參考文獻如下：

[參考文獻3]周盛宇,汪娟娟,劉岳坤,等.考慮換流閥阻尼電路的LCC-HVDC系統小信號精準建模[J/OL].電網技術:1-17[2022-06-09].DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0127.

[參考文獻4]X.Chen,J.Ma,S.Wang,T.Liu,D.Liu and T.Zhu,An AccurateImpedance Model of Line Commutated Converter With Variable CommutationOverlap,in IEEE Transactions on Power Delivery,vol.37,no.1,pp.562-572,Feb.2022,doi:10.1109/TPWRD.2021.3064985.

由于LCC存在換相過程和非換相過程兩種工作模式，其原始時域模型需要使用分段函數來表示直流側電壓和交流側電流，無法在統一連續的表達式下進行分析。