【摘 要】
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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(Modular Multilevel Converter Multi-Terminal Direct Current,MMC-MTDC)输电线路多采用架空线形式,当换流站直流输电线路遭遇非故障雷击时,短时间线路内换流站直流电压、电流会出现幅值逐步衰减的高频振荡,高比例电力电子设备的投入使柔直系统呈现低惯性弱阻尼的特征,这可能导致直流侧发生低频振荡,威胁
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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(Modular Multilevel Converter Multi-Terminal Direct Current,MMC-MTDC)输电线路多采用架空线形式,当换流站直流输电线路遭遇非故障雷击时,短时间线路内换流站直流电压、电流会出现幅值逐步衰减的高频振荡,高比例电力电子设备的投入使柔直系统呈现低惯性弱阻尼的特征,这可能导致直流侧发生低频振荡,威胁保护装置和电力电子元件的安全运行。本文以非故障雷击下多端柔直系统受端换流站为研究对象,研究振荡机理并对平抑策略进行优化和改进。首先,介绍了雷电流仿真模型和四端MMC拓扑结构和单端MMC运行原理,根据雷电流在单端MMC的流通路径,构建了相应等效电路,对直流电流和直流电压的变化进行了定量分析,基于仿真平台模拟故障雷击和非故障雷击MMC直流输电线路的工况,总结了正负极直流电压、直流电流的变化规律,根据正极直流电压变化规律的不同设计了非故障雷击识别判据,两种工况下直流电压相关度差距较大,通过数据采样验证了识别判据的有效性。其次,分析了雷电流幅值和低频振荡频率的关系,构建了面向MMC2的四端柔直等效电路,简化了内部控制系统,推导了MMC直流侧低频振荡判据、低频振荡频率表达式和衰减系数表达式,通过偏导数推导了MMC系统参数和控制参数变化对直流侧低频振荡的影响。基于阻抗分析法推导了MMC2小信号阻抗模型、直流输电线路小信号阻抗模型、三站等效恒功率负荷小信号阻抗模型,通过伯德图分析了交流侧投入空载线路对MMC系统稳定性的影响,通过RT-LAB建立仿真模型验证了低频振荡机理的正确性,交流侧投入空载线路会降低系统稳定性。最后,针对非故障雷击引发MMC直流侧低频振荡的工况,设计了一种虚拟惯性控制方法。介绍了常规直流附加阻尼控制器的控制框图、调控机理及参数整定方法,通过仿真验证了非故障雷击会引起MMC有功功率低频振荡,引入有功功率可对低频振荡进行调控。而后分析了MMC虚拟惯性的物理意义,设计了基于虚拟惯性控制的优化附加阻尼控制器的框图,定量分析了虚拟电容与调控参数的关系,针对雷击直流电压变化速率过大的问题进行了实时参数整定,通过RT-LAB实时仿真模拟了几种工况下控制器的抑制效果,虚拟惯性控制能有效抑制低频振荡幅值,缩短系统振荡时间,验证了虚拟惯性控制的有效性。
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