目前在采用构网型(grid-forming, GFM)控制的基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high voltage direct current, MMC-HVDC)小信号建模和分析中往往仅使用忽略了MMC内部动态特性的简化模型...
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目前在采用构网型(grid-forming, GFM)控制的基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high voltage direct current, MMC-HVDC)小信号建模和分析中往往仅使用忽略了MMC内部动态特性的简化模型,在实际应用中将会造成判稳误差。为了深入研究构网型MMC-HVDC小信号稳定性,构建了考虑MMC内部动态特性的40阶MMC-HVDC详细小信号模型,研究了考虑MMC内部动态特性后系统关键环节对系统小信号稳定性和关键模态的影响,结果表明,系统关键模态受交流电网阻抗特性以及直流电压同步控制环节的影响,该模态在环流抑制环节参数适配时受MMC内部动态特性影响较小;而在环流抑制环节参数失配时,系统将有次同步振荡失稳风险。基于上述研究,提出了忽略子模块电容动态特性的简化平均值模型主电路参数的等效方法,分析了简化模型判稳误差产生的机理,探明了简化模型在系统稳定性分析的适用范围。该模型在弱电网工况下的评估精度能满足稳定性分析要求,在柔性直流工程中具有一定的应用前景。
为了正确评估模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的内部动态约束对运行区间的影响,提出一种通过求解MMC状态空间方程来获取MMC内部动态进而确定其功率运行区间的功率扫描方法。建立基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)系统的稳态模型,通过求解状态方程得出各功率点对应的状态变量;提出一种系统非正弦周期电气量极值的计算方法求解各内部动态约束的幅值;通过逐点扫描得到满足MMC内部动态约束和常规约束时的功率运行区间。针对功率设置可能越限的情况,设计保证系统满足内部动态约束的边界控制策略。在PSCAD/EMTDC中进行仿真,仿真结果验证了MMC功率运行区间确定方法的正确性及边界控制策略的有效性。
模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的小信号模型是分析基于MMC的高压直流输电系统谐振问题的有效手段。MMC在稳态运行时桥臂电流和电容电压中含有各频次谐波分量,具有典型的多频率响应特征,传统建模方法难以反映其复杂的多谐波耦合特性。本文通过谐波状态空间(harmonic state space,HSS)法建立了MMC的频域小信号阻抗模型,建模过程考虑了主电路参数、控制器参数、环流抑制器及延时环节的影响,能够描述MMC内部的多谐波耦合特性,且模型阶数较低,易于编程实现。然后,在此基础上利用交流电网的等效阻抗与换流器等值阻抗特性曲线对交直流系统的宽频振荡机理和系统稳定性进行了分析,并提出了交直流系统稳定性改善的措施。最后,基于MATLAB/Simulink中的电磁暂态仿真模型对所建立的小信号阻抗模型和交直流系统稳定性分析进行了验证。
基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(Multi-Terminal Flexible DC Transmission System Based on Modular Multilevel Converter,MMC-MTDC)是一种新型高压直流远距离输电技术,其具有可以高度模块化、灵活可靠、电磁干扰弱和...
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基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(Multi-Terminal Flexible DC Transmission System Based on Modular Multilevel Converter,MMC-MTDC)是一种新型高压直流远距离输电技术,其具有可以高度模块化、灵活可靠、电磁干扰弱和谐波含量少等优势,在大电网互联、城市供电、大规模新能源并网和岛屿(海底)送电等输送电场景上初绽锋芒,已逐步成为柔性直流输电工程技术的主要发展趋势。虽然MMC-MTDC系统具备很多优势,但其动态性能也会受到与其相连的交流网络的运行状态变化的影响,交流电压不平衡、可再生能源突然接入和负荷不平衡等现象都会导致交流系统不对称,整体电网内部动态特性更为复杂,MMC阀侧交流三相电流会出现基频负序分量,引起换流器交流侧瞬时功率的二倍频波动,同时MMC内部桥臂电流会出现二倍频零序分量,引起直流侧电压以及电流的二倍频波动。因此,研究交流系统不对称条件下MMC系统的控制优化及小信号建模具有重要的理论分析及工程应用价值。首先,具体研究了交流不对称条件下MMC系统的运行机理,重点关注其换流站的子模块电容不平衡充放电机理以及传统控制策略。为提高MMC系统在交流不对称条件下的控制能力,提出一种MMC控制优化方法,可以实现抑制交流电流失衡、瞬时功率波动以及稳定系统直流电压、电流的多目标控制;同时,构建一种基于多复系数滤波器的自适应锁相环,在电网电压不对称工况下实现了对电网相位的快速跟踪,从而提高了系统控制的精度。然后,从MMC桥臂环流抑制策略、站间协调方法与系统电气固有特性出发,结合交流系统不对称条件下MMC系统电容不平衡充放电机理等电气量以及优化后控制系统的特点,推导交流系统、直流网络、MMC电气与控制系统状态空间矩阵,并建立了交流系统不对称条件下涵盖MMC换流器、交流系统及控制系统的详细小信号模型,可应用于多种可再生能源并网场景及直流拓扑构造的MMC-MTDC输电系统。同时,利用系统矩阵特征值分析方法,研究不同控制器参数和下垂控制策略等对小信号系统稳定性的影响,并分析传输功率波动条件下多端系统整体动态性能变化规律,为交流不对称条件下换流站控制器特性研究、参数整定及控制优化提供设计依据。最后,基于OPT-5600实时仿真平台,搭建5端MMC-MTDC输电系统模型,并通过将本文提出的改进小信号模型与多端系统电磁暂态模型和传统小信号模型进行仿真对比,验证了所构建的系统小信号模型的正确性。
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