一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种抑制端对端MMC‑HVDC直流侧站间谐振的方法和装置，方法包括：从直流电流中提取直流电流波动分量，并确定MMC‑HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值；根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量；根据虚拟电阻的电压降分量确定引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压。本发明专利技术可以在不增加额外损耗的情况下抑制MMC‑HVDC直流侧电流谐振的发生，降低MMC‑HVDC直流侧故障发生的可能性，因此可以提高电压源换流器的利用效率，节约成本；因为虚拟电阻的等效位置在桥臂上，所以对站内谐振也有抑制作用；主要通过改进MMC的上层控制来实现，易于实施。

A method and device for suppressing resonance between end to end MMC-HVDC DC side stations

The invention provides a method and device for restraining the resonance between the end to end MMC HVDC DC side stations. The method includes: extracting the DC current wave component from the DC current and determining the resistance value of the virtual resistor by the MMC HVDC DC side, and determining the virtual resistance according to the extracted DC current fluctuation component and the virtual resistance value. According to the voltage drop of the virtual resistor, the reference voltage of the MMC bridge arm is determined after the virtual resistance is introduced. The invention can suppress the occurrence of MMC HVDC DC side current resonance without additional loss and reduce the possibility of MMC HVDC DC side failure, thus improving the utilization efficiency of the voltage source converter and saving the cost, because the equivalent position of the virtual resistor is on the bridge arm, so it is also suppressed to the resonance in the station. It is mainly realized by improving the upper level control of MMC, and is easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法和装置
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法和装置。
技术介绍
尽管基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)的直流输电(ModularMultilevelConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission,MMC-HVDC)在主电路参数设计时考虑了MMC-HVDC站内及站间的谐振特性，在主电路参数选择上避免了MMC-HVDC在基频及特征次谐波频率处发生谐振的可能，但是其直流侧的等效电阻、电容、电感串联回路仍然存在固有的谐振频率，所以MMC-HVDC站内及站间有可能在非基频、非MMC特征次谐波频率处，如次同步频率范围内发生谐振。当直流侧电压波动ΔVdc中的某一波动频率与MMC-HVDC直流侧等效电阻、电容、电感串联回路的固有谐振频率重合时，该电压波动就会成为MMC-HVDC直流侧谐振的激励源，激发端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振。MMC-HVDC直流侧谐振电流会增加系统损耗，并有可能导致MMC闭锁甚至停运。模块化多电平换流器及基于MMC的柔性直流输电的拓扑如附图1和2所示，附图1中，L1、L2分别为交流系统1、交流系统2等效电感，Ls1、Ls2分别为MMC1、MMC2的出线平波电感。与两电平换流器采用直流侧集中式电容的拓扑不同，MMC采用分立式电容的结构，如附图,2所示，将电容分置于三相上下桥臂的每一个子模块中。任一时刻，每相上下桥臂投入的子模块数目之和VdcN为直流电压额定值，VsmN为子模块电压额定值。根据能量守恒推导得到MMC每个相单元(每相上桥臂、下桥臂统称相单元)的等效电容Csm为子模块电容值。MMC的控制系统包括主控、阀控两部分，主控包括外环控制、内环电流控制、环流抑制、负序电流抑制、桥臂参考电压生成模块，阀控包括最近电平逼近调制算法、电容电压平衡算法，如附图3所示。端对端MMC-HVDC直流侧等效电路及LC谐振回路如附图3所示，图中Req1、Req2分别为MMC1、MMC2的桥臂损耗等效电阻；Larm1、Larm2分别为MMC1、MMC2的桥臂电感；Ls1、Ls2分别为MMC1、MMC2的出线平波电感；Rline、Lline分别为线路的等效电阻和等效电感；Cjpeq1、Cjneq1分别为MMC1上桥臂和下桥臂的等效电容，Cjpeq2、Cjneq2(j＝a,b,c)分别为MMC2上桥臂和下桥臂的等效电容，且满足Csm1、Csm2分别为MMC1、MMC2的子模块电容值。MMC-HVDC直流侧存在多个RLC谐振回路。工程上在选择MMC的主电路参数时，以避免在基频及MMC特征次谐波频率处发生MMC站内或者MMC站间谐振为原则。假设相单元投入的子模块数目为N，谐波次数为n，则主电路参数满足i＝1,2，……，ω0为基波角频率。MMC-HVDC站间谐振的等效电路如附图5所示。附图5中带箭头的虚线回路表示站间谐振回路，Req、Leq、Ceq分别为MMC-HVDC引入虚拟电阻前直流侧等效电阻、等效电感、等效电容。ΔVdc为MMC-HVDC直流侧电压波动，有为了避免MMC站间谐振，主电路参数需满足为MMC-HVDC直流侧中角频率为niω0的电压波动的幅值，ni为直流侧电压波动频率与基波频率的比值，为直流侧角频率为niω0的电压波动的相位。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法和装置，通过在MMC桥臂参考电压中引入虚拟电阻的电压降分量，增大MMC-HVDC直流侧等效电阻，减小MMC-HVDC直流侧谐振电流的幅值，从而达到抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的目的。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法，所述方法包括：从直流电流中提取直流电流波动分量，并确定MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值；根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量；根据虚拟电阻的电压降分量确定引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压。所述从直流电流中提取直流电流波动分量包括：设直流电流为idc，根据idc计算直流电流的直流分量，有：idc0＝average(idc)(1)其中，idc0为直流电流的直流分量，average()为平均值窗口滤波函数；设直流电流波动分量为其表示为：所述确定MMC直流侧引入虚拟电阻的阻值包括：根据端对端MMC-HVDC直流侧等效电路可得端对端MMC-HVDC直流侧等效阻抗Zeq(n)，其表示为：其中，n为谐波次数，ω0为基波角频率，Req1、Req2分别为MMC1、MMC2的桥臂损耗等效电阻，Larm1、Larm2分别为MMC1、MMC2的桥臂电感，Ls1、Ls2分别为MMC1、MMC2的出线平波电感，Rline、Lline分别为直流线路的等效电阻和等效电感，Csm1、Csm2分别为MMC1、MMC2的子模块电容值，Req、Leq、Ceq分别为引入虚拟电阻前MMC-HVDC直流侧等效电阻、等效电感、等效电容，N为MMC每相上下桥臂投入的子模块数目；根据式(3)得到：在MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻，此时MMC-HVDC直流侧电压波动ΔVdc和MMC-HVDC直流侧电流波动ΔIdc满足：其中，s为拉普拉斯算子，ξ为二阶振荡电路阻尼系数，REQ为引入虚拟电阻后的MMC-HVDC直流侧等效电阻，ωn为二阶振荡电路自然谐振角频率，且满足根据式(7)得到：MMC-HVDC直流侧虚拟电阻的引入使得MMC-HVDC直流侧等效电阻增大，REQ与Req之间满足：其中，Rv为虚拟电阻的阻值；根据式(4)和式(9)得到：根据式(10)即可得到：所述根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量包括：虚拟电阻的电压降分量用Δv表示，有：其中，Rv为虚拟电阻的阻值，为直流电流波动分量。所述根据虚拟电阻的电压降分量确定引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压包括：引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压表示为：其中，p表示MMC上桥臂，n表示MMC下桥臂，中间量j＝a,b,c，vpj为引入虚拟电阻后MMC上桥臂j相参考电压，vnj为引入虚拟电阻后MMC下桥臂j相参考电压，Vdc为直流电压，v+j为j相正序参考电压，v-j为j相负序参考电压，vcirj为环流抑制参考电压，Δv为虚拟电阻的电压降分量。本专利技术还提供一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的装置，所述装置包括：用于从直流电流中提取直流电流波动分量，并确定MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值的装置；用于根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量的装置；以及用于根据虚拟电阻的电压降分量确定引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压的装置。所述用于从直流电流中提取直流电流波动分量，并确定MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值的装置包括：用于从直流电流中提取直流电流波动分量的装置；和用于确定MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值的装置。所述用于从直流电流中提取直流电流波动分量的装置包括：用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制端对端MMC‑HVDC直流侧站间谐振的方法，其特征在于，所述方法包括：从直流电流中提取直流电流波动分量，并确定MMC‑HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值；根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量；根据虚拟电阻的电压降分量确定引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压。

【技术特征摘要】
1.一种抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法，其特征在于，所述方法包括：从直流电流中提取直流电流波动分量，并确定MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻的阻值；根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量；根据虚拟电阻的电压降分量确定引入虚拟电阻后MMC桥臂参考电压。2.根据权利要求1所述的抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法，其特征在于，所述从直流电流中提取直流电流波动分量包括：设直流电流为idc，根据idc计算直流电流的直流分量，有：idc0＝average(idc)(1)其中，idc0为直流电流的直流分量，average()为平均值窗口滤波函数；设直流电流波动分量为其表示为：3.根据权利要求1所述的抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法，其特征在于，所述确定MMC直流侧引入虚拟电阻的阻值包括：根据端对端MMC-HVDC直流侧等效电路可得端对端MMC-HVDC直流侧等效阻抗Zeq(n)，其表示为：其中，n为谐波次数，ω0为基波角频率，Req1、Req2分别为MMC1、MMC2的桥臂损耗等效电阻，Larm1、Larm2分别为MMC1、MMC2的桥臂电感，Ls1、Ls2分别为MMC1、MMC2的出线平波电感，Rline、Lline分别为直流线路的等效电阻和等效电感，Csm1、Csm2分别为MMC1、MMC2的子模块电容值，Req、Leq、Ceq分别为引入虚拟电阻前MMC-HVDC直流侧等效电阻、等效电感、等效电容，N为MMC每相上下桥臂投入的子模块数目；根据式(3)得到：在MMC-HVDC直流侧引入虚拟电阻，此时MMC-HVDC直流侧电压波动ΔVdc和MMC-HVDC直流侧电流波动ΔIdc满足：其中，s为拉普拉斯算子，ξ为二阶振荡电路阻尼系数，REQ为引入虚拟电阻后的MMC-HVDC直流侧等效电阻，ωn为二阶振荡电路自然谐振角频率，且满足根据式(7)得到：MMC-HVDC直流侧虚拟电阻的引入使得MMC-HVDC直流侧等效电阻增大，REQ与Req之间满足：其中，Rv为虚拟电阻的阻值；根据式(4)和式(9)得到：根据式(10)即可得到：4.根据权利要求1所述的抑制端对端MMC-HVDC直流侧站间谐振的方法，其特征在于，所述根据提取的直流电流波动分量以及虚拟电阻的阻值确定虚拟电阻的电压降分量包括：虚拟电阻的电压降分量用Δv表示，有：其中，Rv为虚拟电阻的阻值，为直流电流波动分量。5.根据权利要求1所述的抑制端对端MMC-HVDC直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广禄，彭红英，张星，徐得超，穆清，陈绪江，孙丽香，刘敏，王峰，林因，吴丹岳，黄道姗，黄霆，刘智煖，苏清梅，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11