面向MMC换流站的谐波能量传递函数建模方法技术

一种面向MMC换流站的谐波能量传递函数建模方法，属于电力传输技术领域。本发明专利技术的目的是针对目前柔性直流输电系统利用谐波注入法分析波形频谱无法得到MMC换流站谐波能量传递函数的缺点，建立了交直流系统混联系统MMC换流站谐波能量传递过程的面向MMC换流站的谐波能量传递函数建模方法。本发明专利技术步骤是：在多电平双端柔性直流输电系统中添加谐波信号，时域仿真和提取数据，曲线积分，改变x的数值，绘制能量曲线，计算谐波能量传递函数，曲线修正。本发明专利技术填补了交直流混合系统MMC换流站的谐波能量传递函数建模的空白，为包含MMC换流站的交直流混合系统电能质量研究提供了有效的分析手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力传输

技术介绍
在高压柔性直流输电系统中，交流系统谐波能够通过换流变压器经MMC换流器向直流侧传递。当MMC换流器的固有频率与谐波频率相同或相近时，系统极易发生谐振，导致直流电压、电流的波动，严重时会引起系统震荡，导致电能质量恶化。这些谐波如果不能加以有效抑制，则会对与换流站相连直流线路以及直流线路沿线的通讯设备构成威胁，对柔性直流输电系统的电能质量造成严重的危害。谐波在交直流系统之间的能量传递过程受多种因素的影响。随着线路参数和终端负载的不同，传递系数的变化比较复杂，没有固定的变化规律。交流侧和直流侧谐波之间的关系的计算与交流侧的正序和负序分量均有关，在交流系统通过直流直流线路传递的谐波的幅值还受平波电抗器和滤波器的影响，也受直流电路感抗的影响。谐波传递的过程中，往往产生间谐波，与传统的谐波相比，间谐波的抑制和治理更加困难。由于MMC换流器内部含有大量非线性元件(如阀组与电容单体组成的子模块)，分析描述MMC换流器谐波能量传递特性时比较复杂。目前，关于传统直流输电系统谐波传递的研究大多基于谐波注入法，即在系统的交流侧施加不同频率的交流电压源、电流源激励，对直流侧电压、电流进行傅里叶分解，分析得到直流侧响应出的谐波频次和含量。此类研究多集中于从响应信号的频谱能量分布的角度对传统换流站谐波传递特性进行分析，不能获得柔性直流输电系统的谐波能量传递函数，无法直观表征高压柔性直流输电系统的谐波能量传递的规律。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前柔性直流输电系统利用谐波注入法分析波形频谱无法得到MMC换流站谐波能量传递函数的缺点，建立了交直流系统混联系统MMC换流站谐波能量传递过程的面向MMC换流站的谐波能量传递函数建模方法。本专利技术步骤是：①在多电平双端柔性直流输电系统中添加谐波信号：在系统交流阀侧添加一系列混合频率的谐波电流激励源，激励源的数学表达式如下：（1）式中为比例系数,为激励源的幅值，f为工作频率50Hz，n为谐波次数，为施加激励源的初相角；②时域仿真和提取数据：对所搭建的多电平双端柔性直流输电系统模型进行时域仿真，实时监测所要研究的电气量；施加激励源后，交流谐波电流通过整流器传递到直流侧，直流电流会随着式（1）激励源的改变而变化，不同含量的激励源激励会响应出不同数值的直流电流值；提取系统直流电流稳态过程的数据；③曲线积分：对系统稳定后的直流电流波形进行积分处理，将②提取的直流电流数据形成形成矩阵，利用trapz函数对提取的直流电流稳态过程的数据进行积分，用该积分表示为在当前混合频率谐波电流激励源激励下，系统直流电流中所含有的能量波动；④改变x的数值：重复进行上述步骤②至③，计算系统直流电流能量波动；为避免谐波含量过高导致系统不稳定，谐波电流源的幅值比例系数x的设定应使系统保持在稳定范围内，即；等比例的增大或减小混合频率谐波电流激励源的幅值，计算系统直流电流稳定后所含有的能量波动；⑤绘制能量曲线，计算谐波能量传递函数：利用高斯插值法对能量波动数据进行曲线拟合，得到能量函数曲线；针对不同幅值的混合谐波电流激励源激励下直流电流中所含有的能量，绘制激励能量-响应能量曲线；曲线的X轴为混合频率激励源所含有的能量，Y轴为直流电流波动能量；利用高斯插值公式计算谐波能量的传递函数，式中，a,b,c为待定系数，M施加谐波电流激励源的幅值；⑥曲线修正：根据步骤⑤绘制出的能量曲线，对曲线数据突变的部分采取密集采样，即在该部分继续等比例改变所施加混合频率激励源的幅值，重复步骤②至⑤,计算此部分激励对应的直流电流所含有的能量，修正能量函数曲线；鉴于能量函数的波动较大，采用分段函数形式对能量曲线进行二次修正，得到精确度较高的能量函数曲线和能量函数。本专利技术在仿真系统中搭建包含完整控制系统的多电平双端柔性直流输电系统，在该混联系统交流侧添加不同频率的交流谐波电流源，提取系统直流侧电流数据。对提取出的数据取绝对值后积分，得到系统直流电流中含有的谐波能量，利用高斯插值法对能量曲线进行拟合。采用密集采样法对能量函数曲线进行一次修正，利用分段函数法对能量函数曲线进行二次修正以提高拟合的精度。进而得到混联交直流系统的谐波能量传递函数。该方法填补了交直流混合系统MMC换流站的谐波能量传递函数建模的空白，为包含MMC换流站的交直流混合系统电能质量研究提供了有效的分析手段。附图说明图1是MMC换流器的拓扑结构图；图2是MMC换流站的谐波能量传递图形；图3是针对谐波能量传递图形采用密集采样法的一次修正图形；图4（1）针对一次修正图形采用分段函数法二次修正图形的第一段（0-0.2）的修正图；图4（2）针对一次修正图形采用分段函数法二次修正图形的第二段（0.2-0.3）的修正图；图4（3）针对一次修正图形采用分段函数法二次修正图形的第三段（0.3-0.6）的修正图；图4（4）针对一次修正图形采用分段函数法二次修正图形的第四段（0.6-0.7）的修正图；图4（5）针对一次修正图形采用分段函数法二次修正图形的第五段（0.7-1.0）的修正图。具体实施方式本专利技术步骤是：在仿真软件中搭建包含完整控制系统的多电平双端柔性直流输电系统。系统的等效模型如图1所示。①在多电平双端柔性直流输电系统中添加谐波信号：在系统交流阀侧添加一系列混合频率的谐波电流激励源，激励源的幅值比例按国家电能质量规定中的要求设定。激励源的数学表达式如下：（1）式中为比例系数,为激励源的幅值，f为工作频率50Hz，n为谐波次数，为施加激励源的初相角；②时域仿真和提取数据：对所搭建的多电平双端柔性直流输电系统模型进行时域仿真，实时监测所要研究的电气量；施加激励源后，交流谐波电流通过整流器传递到直流侧，直流电流会随着式（1）激励源的改变而变化，不同含量的激励源激励会响应出不同数值的直流电流值；提取系统直流电流稳态过程的数据；③曲线积分：对系统稳定后的直流电流波形进行积分处理，将②提取的直流电流数据形成形成矩阵，利用trapz函数对提取的直流电流稳态过程的数据进行积分，用该积分表示为在当前混合频率谐波电流激励源激励下，系统直流电流中所含有的能量波动；④改变x的数值：重复进行上述步骤②至③，计算系统直流电流能量波动；为避免谐波含量过高导致系统不稳定，谐波电流源的幅值比例系数x的设定应使系统保持在稳定范围内，即；等比例的增大或减小混合频率谐波电流激励源的幅值，计算系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向MMC换流站的谐波能量传递函数建模方法，其特征在于：其步骤是：①在多电平双端柔性直流输电系统中添加谐波信号：在系统交流阀侧添加一系列混合频率的谐波电流激励源，激励源的数学表达式如下：（1）式中为比例系数,为激励源的幅值，f为工作频率50Hz，n为谐波次数，为施加激励源的初相角；②时域仿真和提取数据：对所搭建的多电平双端柔性直流输电系统模型进行时域仿真，实时监测所要研究的电气量；施加激励源后，交流谐波电流通过整流器传递到直流侧，直流电流会随着式（1）激励源的改变而变化，不同含量的激励源激励会响应出不同数值的直流电流值；提取系统直流电流稳态过程的数据；③曲线积分：对系统稳定后的直流电流波形进行积分处理，将②提取的直流电流数据形成形成矩阵，利用trapz函数对提取的直流电流稳态过程的数据进行积分，用该积分表示为在当前混合频率谐波电流激励源激励下，系统直流电流中所含有的能量波动；④改变x的数值：重复进行上述步骤②至③，计算系统直流电流能量波动；为避免谐波含量过高导致系统不稳定，谐波电流源的幅值比例系数x的设定应使系统保持在稳定范围内，即；等比例的增大或减小混合频率谐波电流激励源的幅值，计算系统直流电流稳定后所含有的能量波动；⑤绘制能量曲线，计算谐波能量传递函数：利用高斯插值法对能量波动数据进行曲线拟合，得到能量函数曲线；针对不同幅值的混合谐波电流激励源激励下直流电流中所含有的能量，绘制激励能量‑响应能量曲线；曲线的X轴为混合频率激励源所含有的能量，Y轴为直流电流波动能量；利用高斯插值公式计算谐波能量的传递函数，式中，a,b,c为待定系数，M施加谐波电流激励源的幅值；⑥曲线修正：根据步骤⑤绘制出的能量曲线，对曲线数据突变的部分采取密集采样，即在该部分继续等比例改变所施加混合频率激励源的幅值，重复步骤②至⑤,计算此部分激励对应的直流电流所含有的能量，修正能量函数曲线；鉴于能量函数的波动较大，采用分段函数形式对能量曲线进行二次修正，得到精确度较高的能量函数曲线和能量函数。...

【技术特征摘要】
1.一种面向MMC换流站的谐波能量传递函数建模方法，其特征在于：其步骤是：
①在多电平双端柔性直流输电系统中添加谐波信号：在系统交流阀侧添加一系列混合
频率的谐波电流激励源，激励源的数学表达式如下：
（1）
式中为比例系数,为激励源的幅值，f为工作频率50Hz，n为谐波次数，为施加
激励源的初相角；
②时域仿真和提取数据：对所搭建的多电平双端柔性直流输电系统模型进行时域仿
真，实时监测所要研究的电气量；施加激励源后，交流谐波电流通过整流器传递到直流
侧，直流电流会随着式（1）激励源的改变而变化，不同含量的激励源激励会响应出不同数
值的直流电流值；提取系统直流电流稳态过程的数据；
③曲线积分：对系统稳定后的直流电流波形进行积分处理，将②提取的直流电流数
据形成形成矩阵，利用trapz函数对提取的直流电流稳态过程的数据进行积分，用该积分
表示为在当前混合频率谐波电流激励源激励下，系统直流电流中所含有的能量波动；
④改变x的数值：重复进行上述步骤②至③，计算系统直流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国庆，陈继开，李炳辉，王振浩，李江，王鹤，李扬，辛业春，李卫国，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22