有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法技术方案

本发明专利技术公开一种有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，其包括如下步骤：建立交流系统，计算交流侧电网的典型工况，根据稳定性判据的要求确定MMC在高频段的最大相位；在MMC控制系统的电压前馈通道加入滤波器；在MMC接入交流系统的PCC节点处并联二阶高通无源滤波器，根据柔性直流输电系统的稳定裕度要求，综合考虑二阶高通无源滤波器的容量和损耗，设计二阶高通无源滤波器的参数，实现柔性直流输电系统高频谐振抑制。本发明专利技术能够在保证柔性直流输电系统高频段宽频带稳定的前提下提高谐振抑制方案的经济性，在实际工程中具有一定意义。

【技术实现步骤摘要】
有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法
本专利技术属于电力系统的电网稳定控制
，具体地涉及一种有源和无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法。
技术介绍
对于基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)的柔性直流输电系统，相比于两电平和三电平等低电平换流器，MMC的模块数目更多，内部动态特性更为复杂，给柔性直流输电技术带来了更多稳定性问题，国内已投运的两个背靠背柔性直流工程均出现了高频谐振的现象。控制链路的长延时特性会导致MMC的交流侧阻抗在高频段出现感性负阻尼，而交流侧电网在该频段可能呈现相位接近-90度的容性性质。根据稳定性判据，当MMC交流侧阻抗与电网阻抗幅值相等、相位差大于180度时，系统会出现高频振荡。尽管工程上通过对前馈支路频带宽度的处理等手段，暂时解决了高频谐振的问题，但这些手段只能针对某一特定频段，且会发生MMC负阻尼段的转移。交流电网运行方式发生改变时，仍存在谐振风险。由于未彻底解决高频谐振问题，某直流工程只能降额运行，导致额定容量不足50％，造成了经济浪费，同时也存在较大的安全风险。目前对于基于MMC的柔性直流输电系统的高频谐振抑制策略主要为两种：第一种是有源阻尼的手段。有源阻尼通过改变MMC控制系统，如优化控制器参数、构造新的控制回路等实现，但由于受换流器控制系统线性工作区的带宽、控制时延和控制环之间的相互制约关系影响，有源阻尼的控制策略能够调整MMC阻抗的范围有限。第二种是采用无源阻尼的方法，由于不涉及MMC控制系统，因此不受上述因素的限制，在高压直流输电系统中通常用于稳态谐波的抑制，但采用无源阻尼的方法存在滤波器的容量较大，无源装置的成本较高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对基于有源阻尼的控制策略能够调整MMC阻抗的范围有限，采用无源阻尼的方法存在滤波器的容量较大，无源装置的成本较高的问题，提出一种基于有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，在保证基于MMC的柔性直流输电系统高频段宽频带稳定的前提下提高谐振抑制方案的经济性。为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：建立基于MMC的柔性直流输电系统，所述基于MMC的柔性直流输电系统包括交流系统和MMC，模拟交流侧电网的典型工况，计算电网在各个工况下的戴维南等效阻抗；步骤2：取所述步骤1中得到的典型工况下电网阻抗高频段的容性段中相位绝对值最大的情况，确定MMC的最大相位；步骤3：将步骤1中所述MMC的控制系统的电压前馈通道加入滤波器获得改进后MMC控制系统；步骤4：在所述步骤1中MMC接入交流系统的PCC节点处并联二阶高通无源滤波器获得改进后MMC，所述二阶高通无源滤波器包括电容、电感和电阻元件；步骤5：确定步骤4中所述二阶高通无源滤波器的元件参数，包括以下具体步骤：步骤51：选定无功补偿容量QC和品质因数q的初值，确定最优截止频率f0，使得所述步骤4中改进后MMC在高频段的平均相位裕度最低；步骤52：根据所述步骤51中确定的最优截止频率f0，减小无功补偿容量QC，确定最小无功补偿容量，使得所述步骤4中改进后MMC在高频段满足所述步骤2中MMC的最大相位要求；步骤53：根据步骤51中和步骤52中所述最优截止频率f0、品质因素q的初值、最小无功补偿容量，判断是否满足平均相位裕度的要求：如果所述步骤4中改进后MMC的高频段阻抗不满足平均相位裕度的要求，增大品质因数q，使得所述步骤4中改进后MMC在高频段满足平均相位裕度的要求；步骤54：根据步骤51中、步骤52中以及步骤53中所述最优截止频率f0，最小无功补偿容量和确定的品质因数q，计算所述二阶高通无源滤波器的元件参数Cp、Lp和Rp。进一步，步骤1中所述交流系统采用第一支路并联第二支路作为系统戴维南等效阻抗，通过改变交流侧的阻抗参数模拟不同的典型工况；所述第一支路为电阻和电感串联得到的RL支路；所述第二支路为电阻、电感和电容串联得到的RLC支路。更进一步的是，步骤1中所述典型工况包括：第一典型工况、第二典型工况和第三典型工况，所述第一典型工况为正常电网调度工况；所述第二典型工况为计划性检修工况；所述第三典型工况为交流侧故障工况。可优选的是，步骤3中所述滤波器是基于取整函数Gffw(s)的非线性滤波器，滤波器的输入输出关系为：Gffw_out(s)＝Gffw·uv＝round(Llevel·uv)/Llevel式中：Llevel是一个整数，表示输出电压分成Llevel级，uv为PCC点电压。可优选的是，步骤4中所述二阶高通无源滤波器为电感和电阻并联后与电容串联。可优选的是，步骤2中所述高频段为500Hz-2000Hz；步骤51中的无功补偿容量QC取较大的初值25Mvar。可优选的是，步骤54中所述二阶高通无源滤波器的元件参数Cp、Lp和Rp为：式中：ω1为工频角频率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，针对MMC与交流侧存在多个谐振风险段的特点，经过有源阻尼无法抑制的高频振荡，利用在PCC节点处并联二阶高通无源滤波器的方法增加风险段整体的阻尼，进一步抑制高频振荡，从而避免针对多个工况设计复杂的有源抑制策略。结合有源方法和二阶高通无源滤波器的参数设计方法，相比单纯的无源阻尼方法能够有效降低无源滤波器的容量，减少无源装置的成本，提升方案整体的经济性。附图说明图1是本专利技术实施例的基于MMC的柔性直流输电系统；图2是本专利技术实施例的投入有源阻尼的MMC闭环控制模型；图3是本专利技术实施例的无源阻尼抑制策略滤波器结构；图4是本专利技术实施例的无源阻尼抑制策略滤波器参数设计流程图；图5a是本专利技术实施例中高频振荡抑制效果的仿真值示意图；图5b是本专利技术实施例中高频振荡经过有源阻尼后仿真所得的幅值仿真值示意图；图5c是本专利技术实施例中高频振荡经过有源阻尼后仿真所得的相位仿真值示意图；图5d是本专利技术实施例中高频振荡经过无源阻尼后仿真所得的幅值仿真值示意图；图5e是本专利技术实施例中高频振荡经过无源阻尼后仿真所得的相位仿真值示意图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。本专利技术利用改进MMC控制系统的有源阻尼和在公共耦合(PointofCommonCoupling，PCC)节点并联无源滤波装置的方法实现对柔性直流输电系统高频谐振的抑制。如图1所示的基于MMC的柔性直流输电系统，包括交流系统A即交流侧电网模型、换流器即MMC，交流侧采用第一支路并联第二支路作为系统戴维南等效阻抗，第一支路为电阻和电感串联得到的RL支路；第二支路为电阻、电感和电容串联得到的RLC支路。基于MMC的柔性直流输电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n步骤1：建立基于MMC的柔性直流输电系统，所述基于MMC的柔性直流输电系统包括交流系统和MMC，模拟交流侧电网的典型工况，计算电网在各个工况下的戴维南等效阻抗；/n步骤2：取所述步骤1中得到的典型工况下电网阻抗高频段的容性段中相位绝对值最大的情况，确定MMC的最大相位；/n步骤3：将步骤1中所述MMC的控制系统的电压前馈通道加入滤波器获得改进后MMC控制系统；/n步骤4：在所述步骤1中MMC接入交流系统的PCC节点处并联二阶高通无源滤波器获得改进后MMC，所述二阶高通无源滤波器包括电容、电感和电阻元件；/n步骤5：确定步骤4中所述二阶高通无源滤波器的元件参数，包括以下具体步骤：/n步骤51：选定无功补偿容量Q

【技术特征摘要】
1.一种有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：建立基于MMC的柔性直流输电系统，所述基于MMC的柔性直流输电系统包括交流系统和MMC，模拟交流侧电网的典型工况，计算电网在各个工况下的戴维南等效阻抗；
步骤2：取所述步骤1中得到的典型工况下电网阻抗高频段的容性段中相位绝对值最大的情况，确定MMC的最大相位；
步骤3：将步骤1中所述MMC的控制系统的电压前馈通道加入滤波器获得改进后MMC控制系统；
步骤4：在所述步骤1中MMC接入交流系统的PCC节点处并联二阶高通无源滤波器获得改进后MMC，所述二阶高通无源滤波器包括电容、电感和电阻元件；
步骤5：确定步骤4中所述二阶高通无源滤波器的元件参数，包括以下具体步骤：
步骤51：选定无功补偿容量QC和品质因数q的初值，确定最优截止频率f0，使得所述步骤4中改进后MMC在高频段的平均相位裕度最低；
步骤52：根据所述步骤51中确定的最优截止频率f0，减小无功补偿容量QC，确定最小无功补偿容量，使得所述步骤4中改进后MMC在高频段满足所述步骤2中MMC的最大相位要求；
步骤53：根据步骤51中和步骤52中所述最优截止频率f0、品质因素q的初值、最小无功补偿容量，判断是否满足平均相位裕度的要求：
如果所述步骤4中改进后MMC的高频段阻抗不满足平均相位裕度的要求，增大品质因数q，使得所述步骤4中改进后MMC在高频段满足平均相位裕度的要求；
步骤54：根据步骤51中、步骤52中以及步骤53中所述最优截止频率f0，最小无功补偿容量和确定的品质因数q，计算所述二阶高通无源滤波器的元件参数电容Cp、电感Lp和电阻Rp。


2.根据权利要求1所述的有源/无源阻尼抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法，其特征在于，步骤1中所述交流系统采用第一支路并联第二支路作为系统戴维南等效阻抗，通过改变交流侧的阻抗参数模拟不同的典型工况。


3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦亮，王庆，周挺辉，杨诗琦，刘开培，韩谷静，
申请(专利权)人：武汉大学，国家电网有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42