一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及柔性直流输电技术领域，具体提供了一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法及装置，旨在解决现有MMC阻抗模型未考虑测量装置CVT的谐波电压测量特性对MMC阻抗侧影响的技术问题。包括：利用CVT宽频特性的传递函数对控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型中的电网电压扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵进行修正；基于修正后的控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型计算计及CVT宽频测量特性的模块化多电平换流器的高频阻抗；该技术方案除考虑控制环路、控制延时影响外，还充分考虑CVT测量装置的影响，可建立更加精确的MMC高频阻抗模型用于柔直系统谐波稳定性分析。型用于柔直系统谐波稳定性分析。型用于柔直系统谐波稳定性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，部分基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流(以下简称柔直)输电工程出现了高频振荡现象，例如国内鲁西工程1270Hz振荡、渝鄂联网工程的700Hz和1.8kHz附近的高频振荡，INELFE(法国
‑
西班牙)柔直联网工程1700Hz高频振荡等。高频振荡将导致柔直换流站闭锁、甚至造成设备损坏，严重影响柔直输电工程的安全稳定运行。
[0003]建立准确的MMC交流侧阻抗模型是进行柔直输电系统谐波稳定性分析、制定高频谐振抑制策略的前提、基础。
[0004]目前，有专利对于MMC交流侧阻抗模型进行研究，例如：
[0005]专利CN 111628517A公开了一种模块化多电平换流器小信号阻抗的计算方法及装置，利用功率级模型、控制级小信号模型和各控制模块的各电气量，计算得到模块化多电平换流器交、直流侧小信号阻抗。
[0006]专利CN 111157794 A公开了一种柔性直流输电系统谐波阻抗快速计算方法及系统，利用桥臂平均模型，构建MMC型柔性直流输电系统稳态模型，进行谐波阻抗计算并生成谐波阻抗数据表。
[0007]专利CN 110752607 A公开了一种柔性直流输电换流器阻抗分析方法，除考虑控制回路(如锁相环、旋转坐标系、有功/无功功率控制及电流内环控制)的影响外，还计及了电力电子控制器在信号处理的延时效果，将三相电压目标信号输入到预设的等效延时控制模型，得到柔性直流输电换流器的阻抗模型，改善了高频段的阻抗特性。
[0008]但上述研究成果在建立MMC阻抗模型时，仅考虑了控制环路影响、控制延时影响，尚未考虑换流站内交流电压采用电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)的谐波电压测量特性对MMC阻抗侧影响。因此，现有的MMC阻抗模型，无法全面、准确描述MMC中、高频段阻抗特性。

技术实现思路

[0009]为了克服上述缺陷，提出了本专利技术，以提供解决或至少部分地解决现有MMC阻抗模型未考虑测量装置CVT的谐波电压测量特性对MMC阻抗侧影响的技术问题的模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法及装置。
[0010]第一方面，提供一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法，所述模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法包括：
[0011]利用CVT宽频特性的传递函数对控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型中的电网电压扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵进行修正；
[0012]基于修正后的控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型计算计及CVT宽频测量特性的模块化多电平换流器的高频阻抗。
[0013]优选的，所述控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型的计算式如下：
[0014]Z
p
＝[
‑
E+(V
u
+M
u
Z
c
I
u
)Q
v
H
delay
]‑1·
[Z
l
+(V
u
+M
u
Z
c
I
u
)(
‑
Q
i
+Q
c
)H
delay
+M
u
Z
c
M
u
][0015]上式中，Z
p
为控制环路作用后MMC的闭环阻抗，E为(2k+1)
×
(2k+1)单位矩阵，V
u
为电容电压对应的托普利兹矩阵，M
u
为调制波对应的托普利兹矩阵，Z
c
为小扰动电压作用下电容阻抗矩阵，I
u
为桥臂电流对应的托普利兹矩阵，Q
v
为电网电压扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵，H
delay
为(2k+1)
×
(2k+1)对角矩阵，该矩阵中对角线各元素为T
delay
为MMC控制链路总延时，f
p
为扰动频率，f1为基波频率，k为稳态谐波次数，Q
i
为上桥臂电流扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵，Q
c
为上桥臂电流扰动量至共模调制波扰动量的系数矩阵，Z
l
为小扰动电压作用下桥臂阻抗矩阵。
[0016]进一步的，所述上桥臂电流扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵，其对角线元素的计算式如下：
[0017][0018]所述上桥臂电流扰动量至共模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵，其对角线元素的计算式如下：
[0019][0020]上式中，为所述上桥臂电流扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵中第i行第i列个元素，mod为求余函数，H
i
＝k
p
+k
i
/s，k
p
为电流内环控制器比例系数，k
i
为电流内环控制器积分系数，s为拉普拉斯算子，H
i
为定电流控制PI调节器传递函数，j为复数虚部符号，k
couple
为第一交叉耦合项，k
couple
＝πf1L，L为桥臂电感，为中所述上桥臂电流扰动量至共模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵第i行第i列个元素，为环流控制PI调节器传递函数，为环流控制器比例系数，为环流控制器积分系数，为第二交叉耦合项，
[0021]优选的，所述CVT宽频特性的传递函数的计算式如下：
[0022][0023]上式中，为计及CVT宽频特性的传递函数，u2(s)为CVT等值电路输出电压，u1(s)为CVT等值电路输入电压，Z
p
(s)为等效并联支路阻抗，Z
p
(s)＝[Z
m
(s)||Z
d
(s)||Z2(s)+Z
ls
(s)]||Z
Cs
(s)，Z'
k
(s)为包含杂散电容的补偿电感支路阻抗，Z'
k
(s)＝(R
k
+sL
k
)||[1/(sC
k
)]，R
k
为包含杂散电容的补偿电感支路电阻，s为拉普拉斯算子，L
k
为包含杂散电容的补偿电感支路电感，C
k
为补偿电感支路杂散电容，Z
Cs
(s)为中间变压器一次侧杂散电容阻抗，Z
Cs
(s)＝1/(sC
s
)，Z
Ce
(s)为等值电容阻抗Z
Ce
(s)＝1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法，其特征在于，所述方法包括：利用CVT宽频特性的传递函数对控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型中的电网电压扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵进行修正；基于修正后的控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型计算计及CVT宽频测量特性的模块化多电平换流器的高频阻抗。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制环路作用后MMC的闭环阻抗模型的计算式如下：Z
p
＝[
‑
E+(V
u
+M
u
Z
c
I
u
)Q
v
H
delay
]
‑1·
[Z
l
+(V
u
+M
u
Z
c
I
u
)(
‑
Q
i
+Q
c
)H
delay
+M
u
Z
c
M
u
]上式中，Z
p
为控制环路作用后MMC的闭环阻抗，E为(2k+1)
×
(2k+1)单位矩阵，V
u
为电容电压对应的托普利兹矩阵，M
u
为调制波对应的托普利兹矩阵，Z
c
为小扰动电压作用下电容阻抗矩阵，I
u
为桥臂电流对应的托普利兹矩阵，Q
v
为电网电压扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵，H
delay
为(2k+1)
×
(2k+1)对角矩阵，该矩阵中对角线各元素为T
delay
为MMC控制链路总延时，f
p
为扰动频率，f1为基波频率，k为稳态谐波次数，Q
i
为上桥臂电流扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵，Q
c
为上桥臂电流扰动量至共模调制波扰动量的系数矩阵，Z
l
为小扰动电压作用下桥臂阻抗矩阵。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上桥臂电流扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵，其对角线元素的计算式如下：所述上桥臂电流扰动量至共模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵，其对角线元素的计算式如下：上式中，为所述上桥臂电流扰动至差模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵中第i行第i列个元素，mod为求余函数，H
i
＝k
p
+k
i
/s，k
p
为电流内环控制器比例系数，k
i
为电流内环控制器积分系数，s为拉普拉斯算子，H
i
为定电流控制PI调节器传递函数，j为复数虚部符号，k
couple
为第一交叉耦合项，k
couple
＝πf1L，L为桥臂电感，为中所述上桥臂电流扰动量至共模调制波扰动量的系数矩阵为对角线矩阵第i行第i列个元素，为环流控制PI调节器传递函数，器传递函数，为环流控制器比例系数，为环流控制器积分系数，为第二交叉耦合项，4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CVT宽频特性的传递函数的计算式如下：上式中，为计及CVT宽频特性的传递函数，u2(s)为CVT等值电路输出电压，u1(s)为CVT等值电路输入电压，Z
p
(s)为等效并联支路阻抗，Z
p
(s)＝[Z
m
(s)||Z
d
(s)||Z2(s)+Z
ls
(s)]||Z
Cs
(s)，Z
k
'(s)为包含杂散电容的补偿电感支路阻抗，Z'
k
(s)＝(R
k
+sL
k
)||[1/
(sC
k
)]，R
k
为包含杂散电容的补偿电感支路电阻，s为拉普拉斯算子，L
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奇南，张晓林，夏勇军，张帆，李兰芳，杨岳峰，陈堃，张侃君，胡兴洋，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司南瑞集团有限公司国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：