一种背靠背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种背靠背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法，其包括：获取背靠背柔性直流系统中简化的高频段主电路和控制电路模型；利用高阶Pade近似方法建立延时等效环节，形成集总链路延时等效模型；获得考虑多控制环节的背靠背柔性直流系统高频阻抗；获得背靠背柔性直流系统发生连续高频谐振的主导影响因素；获得电压前馈环节附加非线性低通滤波器的控制策略；获得电流内环控制器参数自适应优化策略；综合电压前馈环节附加非线性低通滤波器与电流内环控制器参数自适应调节策略，抑制背靠背柔性直流系统中的连续高频谐振。本发明专利技术对背靠背柔性直流输电系统中连续高频谐振的抑制效果显著。制效果显著。制效果显著。

【技术实现步骤摘要】
一种背靠背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法


[0001]本专利技术涉及谐振抑制
，特别是一种背靠背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法。

技术介绍

[0002]基于模块化多电平换流器的柔性高压直流输电(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC
‑
HVDC)系统在交流电网异步互联、分布式新能源并网、城市负荷中心及孤岛供电等领域得到了广泛应用。随着柔性直流输电技术快速发展，MMC
‑
HVDC系统的谐振问题日益突出，国内外已发生多起不同类型的谐振事故，导致换流站闭锁甚至输电系统停运，造成严重经济损失。
[0003]近年来，谐振问题还逐渐呈现出高频化的趋势，如德国北海风电场经柔性直流送出时，发生了250～350Hz的中频谐振。鲁西直流工程受端MMC换流站接入弱交流电网时，发生1200Hz左右的高频谐振，造成系统停运。INELFE法国
‑
西班牙电网互联工程出现1600Hz高频谐振。高频谐振可能激发交流系统产生幅值较大的谐波，导致交流电压和交流电流严重畸变，导致系统面临闭锁停运风险。因此，研究MMC
‑
HVDC系统高频谐振机理以及抑制方法对提高工程安全性、稳定性具有重要意义。
[0004]目前针对MMC
‑
HVDC系统高频谐振的研究主要基于特征值分析法和频域阻抗分析法两个角度进行。其中特征值分析法通过分析系统系数矩阵的特征值和特征向量判断系统的稳定性，需要建立考虑延时环节特性的详细状态空间模型，难以应用于结构复杂的MMC
‑
HVDC系统。为了克服特征值分析法的局限，提出了频域阻抗分析方法。然而，解析阻抗模型涉及大量复杂的矩阵运算，难以满足工程应用要求，因此，目前缺乏考虑延时环节特性的MMC
‑
HVDC系统的简化阻抗模型。
[0005]另一方面，对于MMC
‑
HVDC系统的高频谐振抑制，相关研究一般从优化控制器参数、优化控制器结构、附加阻尼控制等方面展开。虽然均能够有效抑制高频谐振，但可能会恶化其余频段MMC阻抗特性。2018年12月，渝鄂工程南通道施州换流站在进行空载加压试验(OLT试验)时，湖北侧出现了约1.8kHz的高频谐振，随后通过在电压前馈环节加入截止频率为400Hz的低通滤波器成功实现谐振抑制。然而，在渝侧进行OLT试验，系统又分别出现了660Hz和700Hz左右的高频谐振，此时上述高频谐振抑制策略失效，最终导致换流站闭锁跳闸。因此，现有高频谐振抑制方案并未响应实际工程的需求，投入后的抑制效果可能不明显或失效，甚至还可能引起额外频率的谐振。
[0006]因此，改善柔直MMC
‑
HVDC系统高频段阻抗特性，提出满足实际工程需求的高频谐振抑制方案，成为目前背靠背柔性直流系统高频谐振亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对考虑延时环节特性的详细状态空间模型难以应用于结构复杂的MMC
‑
HVDC系统，现有抑制方案投入后效果不明显甚至引起额外频率谐振等问题，本专利技术提供一种背靠
背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法，可改善柔直MMC
‑
HVDC系统全频段阻抗特性。
[0008]本专利技术公开了一种背靠背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：在不考虑链路延时工况下，获取所述背靠背柔性直流系统中简化的高频段主电路和控制电路模型；
[0010]步骤2：单独考虑延时，利用高阶Pade近似方法建立延时等效环节，形成集总链路延时等效模型；
[0011]步骤3：结合步骤1简化的高频段主电路和控制电路模型与步骤2的延时等效环节，通过计算功率外环和电流内环的频域表达式，获得考虑多控制环节的背靠背柔性直流系统高频阻抗；
[0012]步骤4：对背靠背柔性直流系统高频阻抗模型与交流电网阻抗进行解耦处理，并利用奈奎斯特稳定性判据获得背靠背柔性直流系统发生连续高频谐振的主导影响因素；
[0013]步骤5：基于主导影响因素，获得电压前馈环节附加非线性低通滤波器的控制策略；
[0014]步骤6：基于主导因素，获得电流内环控制器参数自适应优化策略；
[0015]步骤7：综合电压前馈环节附加非线性低通滤波器与电流内环控制器参数自适应调节策略，抑制背靠背柔性直流系统中的连续高频谐振。
[0016]进一步地，所述简化的高频主电路和控制电路模型可仅考虑单侧MMC换流站结构，可忽略MMC中子模块电容电压波动和相间环流的影响及频率耦合效应，平均化处理后得到简化后高频主电路的模型为：
[0017][0018]其中，u
abc
和i
ac
分别为MMC换流器交流端口电压和电流，R
eq
和L
eq
分别为MMC换流器的桥臂电阻和电感，U
gac
为交流电网电压；
[0019]简化后高频控制电路模型：忽略锁相环动态引起的附加扰动，仅考虑锁相环控制本身、功率外环及电流内环的多环控制模型。
[0020]进一步地，所述集总链路延时等效模型采用高阶Pade近似，以减小一阶惯性环节存在的误差，其具体表达式为：
[0021][0022]式中，G
Td
为等效延时环节，e
‑
τs
为延时环节频域表达式，τ为延时，l和k分别为Pade近似中分子和分母多项式的阶数，为方便计算取l＝k，其中,分子和分母的多项式系数由下式求得：
[0023][0024][0025]除l和k外，j为精度系数与近似阶数保持一致。
[0026]进一步地，汇总考虑延时环节的高频段主电路和控制电路模型，建立背靠背柔性直流系统高频阻抗模型，包括：
[0027]首先，计算功率外环和电流内环的频域表达式为：
[0028][0029]其中，
△
P和
△
i为扰动功率与电流，
△
u
d/q
为电压前馈通道，K
d
为电流解耦项，m
PABC
，m
iABC
分别表示扰动经功率环/电流内环引起的输出电压改变；G
I
与G
P
为电流环和功率环PI控制器，由比例环节K
p
和积分环节k
i
组成，具体表达式为：
[0030][0031]n为截断阶数，一般取3，ω1为基频角频率，ω
p
为注入的扰动角频率；
[0032]其次，整合功率与电流环表达式，引入锁相环控制环节可得到三相参考电压在频域中的表达式为：
[0033][0034]式中，u
refABC
为频域三相参考电压，V1为工频相电压幅值，V
p
为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背靠背柔性直流系统连续高频谐振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在不考虑链路延时工况下，获取所述背靠背柔性直流系统中简化的高频段主电路和控制电路模型；步骤2：单独考虑延时，利用高阶Pade近似方法建立延时等效环节，形成集总链路延时等效模型；步骤3：结合步骤1简化的高频段主电路和控制电路模型与步骤2的延时等效环节，通过计算功率外环和电流内环的频域表达式，获得考虑多控制环节的背靠背柔性直流系统高频阻抗；步骤4：对背靠背柔性直流系统高频阻抗模型与交流电网阻抗进行解耦处理，并利用奈奎斯特稳定性判据获得背靠背柔性直流系统发生连续高频谐振的主导影响因素；步骤5：基于主导影响因素，获得电压前馈环节附加非线性低通滤波器的控制策略；步骤6：基于主导因素，获得电流内环控制器参数自适应优化策略；步骤7：综合电压前馈环节附加非线性低通滤波器与电流内环控制器参数自适应调节策略，抑制背靠背柔性直流系统中的连续高频谐振。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述简化的高频主电路和控制电路模型可仅考虑单侧MMC换流站结构，可忽略MMC中子模块电容电压波动和相间环流的影响及频率耦合效应，平均化处理后得到简化后高频主电路的模型为：其中，u
abc
和i
ac
分别为MMC换流器交流端口电压和电流，R
eq
和L
eq
分别为MMC换流器的桥臂电阻和电感，U
gac
为交流电网电压；简化后高频控制电路模型：忽略锁相环动态引起的附加扰动，仅考虑锁相环控制本身、功率外环及电流内环的多环控制模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集总链路延时等效模型采用高阶Pade近似，以减小一阶惯性环节存在的误差，其具体表达式为：式中，G
Td
为等效延时环节，e
‑
τs
为延时环节频域表达式，τ为延时，l和k分别为Pade近似中分子和分母多项式的阶数，为方便计算取l＝k，其中,分子和分母的多项式系数由下式求得：得：除l和k外，j为精度系数与近似阶数保持一致。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，汇总考虑延时环节的高频段主电路和控制
电路模型，建立背靠背柔性直流系统高频阻抗模型，包括：首先，计算功率外环和电流内环的频域表达式为：其中，
△
P和
△
i为扰动功率与电流，
△
u
d/q
为电压前馈通道，K
d
为电流解耦项，m
PABC
，m
iABC
分别表示扰动经功率环/电流内环引起的输出电压改变；G
I
与G
P
为电流环和功率环PI控制器，由比例环节k
p
和积分环节k
i
组成，具体表达式为：n为截断阶数，一般取3，ω1为基频角频率，ω
p
为注入的扰动角频率；其次，整合功率与电流环表达式，引入锁相环控制环节可得到三相参考电压在频域中的表达式为：式中，u
refABC
为频域三相参考电压，V1为工频相电压幅值，V
p
为扰动相电压幅值，为交流电流初始相角，G
PLL
为锁相环等效控制环节，f1为基频频率，f
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪彬，黄林，陈咏涛，罗永捷，周念成，王强钢，陈力，王良毅，黄睿灵，何荷，王伟，何燕，余红欣，陈迅，
申请(专利权)人：重庆大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：