中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (1): 39-49.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309116
辛业春1(), 李尚轩1(
), 王延旭1(
), 朱益华2,3(
), 余佳微2,3, 常东旭2,3
收稿日期:
2023-09-25
接受日期:
2024-04-11
出版日期:
2025-01-28
发布日期:
2025-01-23
作者简介:
辛业春(1982—),男,博士,教授,博士研究生导师,从事柔性直流输电技术、输变电设备运行状态在线监测与故障诊断技术研究,E-mail:xinyechun@163.com基金资助:
Yechun XIN1(), Shangxuan LI1(
), Yanxu WANG1(
), Yihua ZHU2,3(
), Jiawei YU2,3, Dongxu CHANG2,3
Received:
2023-09-25
Accepted:
2024-04-11
Online:
2025-01-28
Published:
2025-01-23
Supported by:
摘要:
基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modular multilevel convertor based high voltage direct current,MMC-HVDC)系统存在的中高频振荡问题严重危胁电力系统的正常运行。首先,基于MMC的动态相量模型,建立了MMC的交流侧阻抗模型;其次,利用阻抗法分析控制环节及控制参数对MMC阻抗特性的影响,得到了功率外环、电流内环及控制链路延时是导致MMC呈现负阻尼特性的主要原因;再次,在分析现有基于电压前馈环节和电流内环的协同振荡抑制策略不足的基础上,提出了功率外环附加直流电流反馈的振荡抑制策略,极大程度消除系统中的谐波分量,改善了MMC的阻抗特性;最后,通过电磁仿真软件验证理论分析和抑制措施的正确性与有效性。
辛业春, 李尚轩, 王延旭, 朱益华, 余佳微, 常东旭. 基于直流电流反馈的MMC-HVDC系统的中高频振荡抑制策略[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 39-49.
Yechun XIN, Shangxuan LI, Yanxu WANG, Yihua ZHU, Jiawei YU, Dongxu CHANG. Mid- and High-Frequency Oscillation Suppression Strategy for MMC-HVDC System Based on DC Current Feedback[J]. Electric Power, 2025, 58(1): 39-49.
参数 | 数值 | |||
系统 | 网侧交流电压/kV | 525 | ||
额定直流电压/kV | 840 | |||
额定功率/(MV·A) | ||||
变压器 | 变压器变比/kV | 525/437 | ||
变压器短路比/% | 14 | |||
MMC | 桥臂子模块数/个 | 500 | ||
桥臂等效电阻/Ω | 0.5 | |||
桥臂等效电感/mH | 140 | |||
桥臂子模块电容/μF | ||||
控制器 | 锁相环PI参数(kpPLL、kiPLL) | |||
功率外环PI参数(kppq、kipq) | 0.3、10 | |||
电流内环PI参数(kpi、kii) | 0.4、16.7 | |||
环流抑制PI参数(kpi2、kii2) | 0.4、40 | |||
Pade近似延时时间/μs | 300 |
表 1 系统主要参数
Table 1 Main parameters
参数 | 数值 | |||
系统 | 网侧交流电压/kV | 525 | ||
额定直流电压/kV | 840 | |||
额定功率/(MV·A) | ||||
变压器 | 变压器变比/kV | 525/437 | ||
变压器短路比/% | 14 | |||
MMC | 桥臂子模块数/个 | 500 | ||
桥臂等效电阻/Ω | 0.5 | |||
桥臂等效电感/mH | 140 | |||
桥臂子模块电容/μF | ||||
控制器 | 锁相环PI参数(kpPLL、kiPLL) | |||
功率外环PI参数(kppq、kipq) | 0.3、10 | |||
电流内环PI参数(kpi、kii) | 0.4、16.7 | |||
环流抑制PI参数(kpi2、kii2) | 0.4、40 | |||
Pade近似延时时间/μs | 300 |
1 | 徐政, 薛英林, 张哲任. 大容量架空线柔性直流输电关键技术及前景展望[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34 (29): 5051- 5062. |
XU Zheng, XUE Yinglin, ZHANG Zheren. VSC-HVDC technology suitable for bulk power overhead line transmission[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34 (29): 5051- 5062. | |
2 | 马宁宁, 谢小荣, 贺静波, 等. 高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40 (15): 4720- 4732. |
MA Ningning, XIE Xiaorong, HE Jingbo, et al. Review of wide-band oscillation in renewable and power electronics highly integrated power systems[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40 (15): 4720- 4732. | |
3 | 徐政, 肖晃庆, 张哲任, 等. 柔性直流输电系统[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 2017. |
4 |
ZOU C Y, RAO H, XU S K, et al. Analysis of resonance between a VSC-HVDC converter and the AC grid[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 33 (12): 10157- 10168.
DOI |
5 |
LI Y F, AN T, ZHANG D, et al. Analysis and suppression control of high frequency resonance for MMC-HVDC system[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2021, 36 (6): 3867- 3881.
DOI |
6 | 李清, 张东辉, 陈名, 等. 多直流馈入输电系统中高压柔性直流高频风险评估计算方法[J]. 南方电网技术, 2023, 17 (12): 1- 9. |
LI Qing , ZHANG Donghui , CHEN Ming, et al. Calculation method for high frequency risk assessment of VSC-HVDC in multi-infeed DC transmission system[J]. Southern Power System Technology, 2023, 17 (12): 1- 9. | |
7 | 王宇. 柔性直流接入的电网高频振荡阻尼控制策略及实时仿真研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2021. |
WANG Yu. Research on active damping control and real-time simulation of high frequency resonance in grid-connected VSC-HVDC system[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2021. | |
8 | JOVCIC D, JAMSHIDIFAR A. Phasor model of Modular Multilevel Converter with circulating current suppression control[C]//2015 IEEE Power & Energy Society General Meeting. Denver, CO, USA. IEEE, 2015. |
9 | 朱蜀, 刘开培, 李彧野, 等. 基于动态相量及传递函数矩阵的模块化多电平换流器交直流侧阻抗建模方法[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40 (15): 4791- 4805. |
ZHU Shu, LIU Kaipei, LI Yuye, et al. AC/DC-side impedance modeling method for modular multilevel converter based on dynamic phasors and transfer function matrix[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40 (15): 4791- 4805. | |
10 | 鲁晓军, 林卫星, 安婷, 等. MMC电气系统动态相量模型统一建模方法及运行特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36 (20): 5479- 5491, 5724. |
LU Xiaojun, LIN Weixing, AN Ting, et al. A unified dynamic phasor modeling and operating characteristic analysis of electrical system of MMC[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36 (20): 5479- 5491, 5724. | |
11 | 李清, 张连升, 毛炽祖, 等. MMC-HVDC系统小信号阻抗建模及稳定性分析[J]. 南方电网技术, 2021, 15 (7): 1- 10. |
LI Qing, ZHANG Liansheng, MAO Chizu, et al. Small signal impedance modeling and stability analysis of MMC-HVDC system[J]. Southern Power System Technology, 2021, 15 (7): 1- 10. | |
12 | 冯俊杰, 邹常跃, 杨双飞, 等. 针对中高频谐振问题的柔性直流输电系统阻抗精确建模与特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40 (15): 4805- 4820. |
FENG Junjie, ZOU Changyue, YANG Shuangfei, et al. Accurate impedance modeling and characteristic analysis of VSC-HVDC system for mid-and high-frequency resonance problems[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40 (15): 4805- 4820. | |
13 | 于浩天, 吕敬, 厉璇, 等. 高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能影响的综合评估[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42 (8): 2873- 2889. |
YU Haotian, LYU Jing, LI Xuan, et al. Comprehensive evaluation of impact of high-frequency oscillation suppression strategy on the dynamic performance of flexible HVDC transmission system[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42 (8): 2873- 2889. | |
14 | 彭意, 郭春义, 杜东冶. 柔性直流输电的阻抗重塑及中高频振荡抑制方法[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42 (22): 8053- 8063. |
PENG Yi, GUO Chunyi, DU Dongye. Research on medium and high frequency oscillation suppression approach based on impedance tuning in flexible HVDC system[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42 (22): 8053- 8063. | |
15 | 吴汪平, 解大, 赵祖熠, 等. 双馈型风电系统变流器控制参数对振荡模态的影响[J]. 电机与控制应用, 2017, 44 (7): 98- 107. |
WU Wangping, XIE Da, ZHAO Zuyi, et al. Analysis of influence of doubly fed wind power system PI converter control parameter on oscillation mode[J]. Electric Machines & Control Application, 2017, 44 (7): 98- 107. | |
16 | 郭琦, 郭海平, 黄立滨. 电网电压前馈对柔性直流输电在弱电网下的稳定性影响[J]. 电力系统自动化, 2018, 42 (14): 139- 144. |
GUO Qi, GUO Haiping, HUANG Libin. Effect of grid voltage feed forward on VSC-HVDC stability in weak power grid[J]. Automation of Electric Power Systems, 2018, 42 (14): 139- 144. | |
17 |
MAN J F, CHEN L, TERZIJA V, et al. Mitigating high-frequency resonance in MMC-HVDC systems using adaptive notch filters[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2022, 37 (3): 2086- 2096.
DOI |
18 | 李国庆, 王延旭, 辛业春, 等. 基于附加级联陷波滤波器的MMC-HVDC多频段谐振抑制策略[J]. 电力自动化设备, 2023, 43 (4): 10- 15. |
LI Guoqing, WANG Yanxu, XIN Yechun, et al. Multi-band resonance suppression strategy for MMC-HVDC based on additional cascaded notch filters[J]. Electric Power Automation Equipment, 2023, 43 (4): 10- 15. | |
19 |
ZHU S, LIU K P, QIN L, et al. Reduced-order dynamic model of modular multilevel converter in long time scale and its application in power system low-frequency oscillation analysis[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2019, 34 (6): 2110- 2122.
DOI |
20 | 李尚轩. MMC-HVDC系统的中高频振荡稳定性与振荡抑制策略[D]. 吉林: 东北电力大学, 2024. |
LI Shangxuan. Stability and suppression strategy of mid- and high-frequency oscillation in MMC-HVDC system[D]. Jilin: Northeast Electric Power University, 2024. | |
21 | ZHU S, LIU K, LIAC X, et al. D-Q Frame Impedance Modeling of Modular Multilevel Converter Based on Dynamic Phasors[C]//2019 4th IEEE Workshop on the Electronic Grid (eGRID). IEEE, 2019. |
22 | 李云丰, 赵文广, 贺之渊, 等. 连接弱交流电网的柔性直流换流站外环控制器参数解析计算及其限制因素分析[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43 (24): 9682- 9696. |
LI Yunfeng, ZHAO Wenguang, HE Zhiyuan, et al. Analytical calculation method of outer loop controller parameters of HVDC converter station connected to weak AC grid and analysis of limiting factors[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43 (24): 9682- 9696. | |
23 | 陈继开, 祝世启, 王瑞全, 等. 集群风场系统链式SVG高频谐振分析与抑制[J]. 电力系统保护与控制, 2023, 51 (1): 52- 62. |
CHEN Jikai, ZHU Shiqi, WANG Ruiquan, et al. Analysis and suppression of chained SVG high-frequency resonance in a cluster wind farm system[J]. Power System Protection and Control, 2023, 51 (1): 52- 62. | |
24 | HUANG T, YANG F, ZHANG D H, et al. High-frequency stability analysis and impedance optimization for an MMC-HVDC integrated system considering delay effects[J]. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems, 2022, 12 (1): 59- 72. |
25 | 陶军, 王立强, 王顺亮, 等. 基于复矢量及HSS的MMC交直流侧阻抗建模[J]. 南方电网技术, 2024, 18 (3): 119- 128. |
TAO Jun, WANG Liqiang, WANG Shunliang, et al. AC/DC impedance modeling of MMC based on complex vector and HSS[J]. Southern Power System Technology, 2024, 18 (3): 119- 128. |
[1] | 潘鹏程, 韩文舜, 郭雪丽. 基于有源和无源阻尼协同控制的光伏直流升压汇集系统谐振抑制[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 20-30. |
[2] | 王泽嘉, 韩民晓, 范溢文. 基于SVG附加电流反馈阻抗重塑的双馈风电场次/超同步振荡抑制策略[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 55-66. |
[3] | 曹宇, 胡鹏飞, 蔡婉琪, 王曦, 江道灼, 梁一桥. 基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略[J]. 中国电力, 2024, 57(6): 78-89. |
[4] | 李佳蔚, 张冠宇. 大规模分布式新能源接入对省级电网稳定性影响[J]. 中国电力, 2024, 57(6): 174-180. |
[5] | 刘道兵, 鲍妙生, 李世春, 郭汉琮, 郭营营, 齐越. 不平衡电网下MMC的PCHD模型无源滑模控制策略[J]. 中国电力, 2023, 56(8): 109-116. |
[6] | 徐文哲, 张哲任, 徐政. 适用于大规模纯新能源发电基地送出的混合式直流输电系统[J]. 中国电力, 2023, 56(4): 17-27. |
[7] | 杨舒婷, 陈新, 黄通, 魏麒璇. 考虑MMC环流控制的海上风电经柔直送出系统阻抗塑造方法[J]. 中国电力, 2023, 56(4): 38-45. |
[8] | 刘振国, 金铭, 于海, 陈文涛, 杨定乾. 交流微电网直流互联变流器系统多阻抗优化控制[J]. 中国电力, 2023, 56(2): 93-101,156. |
[9] | 郭汉臣, 王琛, 范莹, 王毅, 田艳军, 谭开东. 可改善中压MMC谐波特性的无差拍控制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(8): 165-170. |
[10] | 李奇南, 夏勇军, 张晓林, 孙宝奎, 孙华东, 张帆, 李兰芳, 杨岳峰, 韩情涛. 渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(7): 11-21. |
[11] | 李奇南, 夏勇军, 张晓林, 孙宝奎, 孙华东, 张帆, 李兰芳, 杨岳峰, 韩情涛. 计及电压测量特性的MMC中高频阻抗建模及稳定性分析[J]. 中国电力, 2022, 55(5): 84-93. |
[12] | 席嫣娜, 李笑彤, 李子明, 魏应冬, 李笑倩, 王方敏, 李伟, 李伟瑞. 用于城轨直流牵引系统的混合型MMC全桥子模块比例设计方法[J]. 中国电力, 2022, 55(4): 54-62. |
[13] | 徐雷, 夏向阳, 敬华兵, 刘奕玹, 贺烨丹, 易海淦. 基于勒让德多项式的MMC自适应反步控制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(3): 18-27. |
[14] | 游广增, 宋钊, 贵子航, 李玲芳, 朱欣春, 舒德兀. 基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真[J]. 中国电力, 2022, 55(2): 159-165,189. |
[15] | 贺烨丹, 夏向阳, 尹旭, 邓文华, 王灿, 熊富强, 周晗靓. 不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(12): 160-167. |
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