【摘 要】
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基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的背靠背直流输电系统在新能源发电联网、高压大容量输电及异步电网互联等领域具有很好的应用前景。但柔性直流系统控制复杂并且包含大规模电力电子器件,导致MMC产生宽频振荡问题。阻抗分析法是分析该问题的常用方法,但该方法现有的建模过程往往忽略了MMC内部谐波耦合以及部分控制器的影响,与实际模型存在误差,无法准确反映出
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基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的背靠背直流输电系统在新能源发电联网、高压大容量输电及异步电网互联等领域具有很好的应用前景。但柔性直流系统控制复杂并且包含大规模电力电子器件,导致MMC产生宽频振荡问题。阻抗分析法是分析该问题的常用方法,但该方法现有的建模过程往往忽略了MMC内部谐波耦合以及部分控制器的影响,与实际模型存在误差,无法准确反映出宽频阻抗特性,且研究场景多集中在MMC接入风电场或交流电网,对于直流线路上的稳定性分析较少,对交直流侧稳定裕度的提升措施还需要进一步研究。对此,本文针对MMC背靠背直流输电系统的交直流侧阻抗建模及稳定性问题展开研究,主要内容如下:首先,基于MMC的基本结构和运行原理推导了桥臂平均数学模型,分析了MMC稳态运行时内部谐波分量的产生原因及其分布规律。在此基础上,采用谐波状态空间法,建立了电气部分考虑多谐波耦合;控制器部分考虑主控制器、环流控制器、电压前馈以及延时环节影响的阻抗模型,保证了模型的精确性,构建了交直流侧统一的建模体系,为稳定性分析提供了基础。然后,针对渝鄂工程交流侧出现的高频振荡现象,结合交流侧阻抗模型,使用阻抗分析法分析了系统参数对MMC交流侧稳定性的影响,从阻抗的角度解释了振荡机理,提出了控制环节优化的抑制策略,以最大程度地衰减MMC易振荡频段的负阻尼特性,消除特定多频段的振荡风险,提高系统稳定性。最后,为了便于分析两端柔直系统直流侧稳定性问题,通过引入变换矩阵代替控制系统作用的改进建模方法来建立两侧换流站的阻抗模型,单独构建控制回路模型,实现了不同换流站模型控制的快速切换。基于改进模型,揭示了换流站各参数的影响,发现了直流线路上的振荡风险,从而得出了系统电气参数与控制器参数的优化准则,提高了相位裕度。本文所建立的模型和相关的稳定性分析结果与实际工程现场情况接近,且理论分析均经过PSCAD/EMTDC仿真平台进行了验证。研究可在充分发挥背靠背直流输电技术优势的同时保障电网安全稳定运行,同时也为其他电力电子设备的阻抗建模及稳定性问题分析提供启发。
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