MMC-HVDC系统小信号阻抗建模与宽频谐振抑制研究

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基于模块化多电平换流器的柔性高压直流输电(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统在交流电网异步互联、分布式新能源并网、城市负荷中心及孤岛供电等领域得到了广泛应用。随着柔性直流输电技术快速发展,MMC-HVDC系统的宽频谐振问题日益突出,国内外已发生多起不同类型的谐振事故,导致换流站闭锁甚至输电系统停运,造成严重经济损失。本文以MMC-HVDC系统为研究对象,建立了频域小信号阻抗模型并基于此分析系统谐振的主导影响因素,最终提出MMC-HVDC系统的宽频谐振抑制策略。首先,建立MMC-HVDC系统的宽频阻抗模型。在低频段,考虑MMC内部动态,基于谐波状态空间法分别推导MMC主电路和控制系统的频域小信号模型,建立MMC低频段阻抗模型。在中高频段,忽略MMC内部动态,考虑控制系统链路延时的影响,基于谐波线性化建立MMC中高频段阻抗模型。进一步推导交流电网和直流线路的阻抗模型,建立MMC-HVDC系统的小信号阻抗模型。上述内容为论文后续系统稳定性的主导影响因素分析和宽频谐振抑制奠定了基础。然后,提出基于阻抗灵敏度分析的MMC-HVDC系统稳定性主导影响因素评估方法。提出MMC阻抗绝对灵敏度分析方法,研究主电路及控制参数的变化对MMC阻抗特性的影响,为MMC一、二次参数的优化设计提供了参考。进一步提出MMC阻抗相对灵敏度分析方法,提取不同频段MMC阻抗特性的关键影响因素,实现系统稳定性主导影响因素的溯源,为MMC-HVDC系统宽频谐振抑制提供理论支撑。最后,提出MMC-HVDC系统宽频谐振抑制策略。针对中低频谐振问题,基于阻抗绝对灵敏度分析,构建MMC一、二次参数优化设计区间,提出了MMC参数自适应调节方法。针对高频谐振问题,提出MMC电压前馈环节附加带通滤波器的控制策略,并给出了滤波器的参数设计方法。结合MMC参数优化设计和附加带通滤波器控制,提出了系统宽频谐振抑制策略。本文建立的宽频阻抗模型、提出的阻抗灵敏度分析方法和宽频谐振抑制策略均已通过实际工程RTDS扫频数据和MATLAB/Simulink时域仿真进行了验证。
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