一种柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法，包括以下步骤：获取PCC点处交流系统阻抗Z

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法
[0001]技术邻域
[0002]本专利技术涉及基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统和VSC应用领域，包括了柔性直流换流站连接有源交流电网、新能源场站等应用场景，具体涉及一种柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法。

技术介绍

[0003]基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)，特别是模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术(high voltage direct current,HVDC)为弱/无源交流电网电压支撑、海上风电、跨区互联、城市供电等应用场景提供一种高度灵活可控的解决方案。然而，大功率电力电子装备数字控制系统所涉及的测量、传输、计算、执行和触发等所产生的链路延时是导致近年来柔性直流输电工程发生高频振荡的根本原因。高频振荡后，若在一段时间内不能及时消除，激发交流系统产生幅值较大的高频谐波，严重畸变交流电压和交流电流，增加系统运行损耗，甚至击穿一次电气设备使得系统停运，造成了重大经济损失，影响电力系统正常运行。
[0004]高频振荡抑制策略主要从主动有源阻尼抑制策略和被动无源抑制策略两个方面开展，有源阻尼抑制策略无需引入外部电路，通过自身检测的电压和电流即可实现阻尼控制。然而，单一结构的主动有源阻尼控制器，无法消除负阻尼效应，在高频范围内重塑多个频率区间的阻尼特性也存在一定困难，进而难以实现多个高频振荡风险区域的抑制需求。因此，在应对交流系统运行工况多变的情形具有适应性不强的缺点。无源抑制方法具有完全消除阻抗高频段负阻尼效应的优点，通常配置在公共耦合点(point of common coupling,PCC)，结构有A型、二阶、C型等。然而，无源滤波器引入了基波损耗和基波无功功率，也增加了系统设备和运维成本，比较适用于交流系统运行方式不确定、外部影响因素不确定以及可靠性要求较高的场合。如果柔性直流输电系统所连接的交流系统运行工况较为简单且交流系统容性阻抗数量较少，主动有源阻尼抑制策略将具有较好的竞争力。
[0005]因此，针对现有单一阻尼抑制方案存在结构简单、适用性不强以及无源抑制方案引入了功率损耗和无功补偿的缺点，本专利技术专利提出了一种分频有源阻尼抑制思想、控制策略实现方式及其参数解析计算与设计方法。该方案采用多个并联型的主动有源阻尼抑制器，每一个并联的主动有源阻尼抑制器重点重塑一个频率段内换流站的阻抗特性，并根据多个区域高频振荡抑制需求，给出了部分参数选择范围的解析计算表达式，并优化设计了剩余相关参数。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于在不影响原本柔性直流输电系统控制保护架构及其控制系统参数的基础上，针对交流系统多个高频振荡风险区域，分频重塑柔性直流换流站在高频范围内的阻尼特性，增强高频振荡风险区域内换流站的阻尼特性，抑制高频振荡发生，提升柔
性直流输电系统运行稳定性。
[0007]本专利技术提供的柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法包括如下步骤：
[0008]S1.获取PCC点处交流系统阻抗Z
ac
和最小相位θ
acmin
；
[0009]S2.获取PCC点处柔性直流换流站阻抗Z
mmc
；
[0010]S3.确定高频振荡风险区域数目H
res
及其频率区间值；
[0011]S4.确定并联的分频阻尼控制器数目N
damp
；
[0012]S5.获取分频阻尼控制器输入量；
[0013]S6.计算和设计分频阻尼控制器的参数；
[0014]S7.校核分频阻尼控制器参数；
[0015]S8.输出分频阻尼控制器产生的补偿电压e
isd
和e
isq
。
[0016]步骤S1所述的获取PCC点处交流系统阻抗Z
ac
和最小相位θ
acmin
，具体如下：
[0017]获取PCC点处交流系统Z
ac
的阻抗特性曲线有扫描法和计算法两大类：扫描法是将交流系统搭建在仿真软件内，在PCC点输入不同频率的三相对称交流电压源，获取所有可能运行方式下的电流响应情况，计算PCC点各个频率的阻抗值，形成扫描曲线Z
ac
。计算法根据分布式参数模型或多个π串联等值模型，采用节点电压法或逐一迭代法计算交流系统的等效阻抗Z
ac
。计算法难以考虑线路的频变特性和耦合效应，通用性相对较差，但是所计算出来的阻抗特性曲线相对严格，分频阻尼控制器参数计算结果相对扫描法更加保守。
[0018]进一步地，在所感兴趣的频率范围内，绘制所有可能的允许运行方式下交流系统Z
ac
阻抗特性曲线，包括幅频特性曲线和相频特性曲线，在相频特性曲线上面找到交流系统阻抗相位的最小值θ
acmin
。该值为负数，一般在第一个交流系统容性频率范围内，可用弧度制表示也可以用角度值表示。
[0019]步骤S2所述的获取PCC点处柔性直流换流站阻抗Z
mmc
，具体如下：
[0020]获取柔性直流换流站阻抗Z
mmc
也可采用扫描法和计算法。柔性直流换流站的阻抗扫描法与交流系统阻抗扫描一样，该方法非常适用于换流站控制系统模型不对外公开的场景，即“黑盒子”换流站，能考虑到实际链路延时的传递过程。计算法则是根据柔性直流换流站运行原理，采用线性化的方法计算PCC处电压与电流的关系。计算法可以很清楚知道换流站阻抗的关键影响环节及其影响规律，为分频阻尼控制器的提出奠定了理论基础。同样，在所感兴趣的频率范围内与Z
ac
重叠一起，绘制不同运行功率水平下柔性直流换流站的Z
mmc
阻抗特性曲线，包括幅频特性曲线和相频特性曲线。
[0021]步骤S3所述的确定高频振荡风险区域数目H
res
及其频率区间值，具体如下：
[0022]基于步骤S1和步骤S2中得到的Z
ac
和Z
mmc
幅频特性曲线和相频特性曲线，找到交流系统各个容性频率区间范围内，所有可能的Z
ac
和Z
mmc
幅频特性曲线交点频率。确定每一条Z
ac
和Z
mmc
的交点数目，取数目最大值作为高频振荡风险区域数目H
res
。同时，在第1个至第H
res
个高频振荡风险区间范围内，记录每一个区间的频率最小值和最大值，即[f
min1
,f
max1
]、[f
min2
,f
max2
]、[f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.获取PCC点处交流系统阻抗Z
ac
和最小相位θ
acmin
；S2.获取PCC点处柔性直流换流站阻抗Z
mmc
；S3.确定高频振荡风险区域数目H
res
及其频率区间值；S4.确定并联的分频阻尼控制器数目N
damp
；S5.获取分频阻尼控制器输入量；S6.计算和设计分频阻尼控制器的参数；S7.校核分频阻尼控制器参数；S8.输出分频阻尼控制器产生的补偿电压e
isd
和e
isq
。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法，其特征在于步骤S1所述的获取PCC点处交流系统阻抗Z
ac
和最小相位θ
acmin
：获取PCC点处交流系统阻抗Z
ac
有扫描法和计算法两大类，其中扫描法是将交流系统搭建在仿真软件内，在PCC点输入不同频率的三相对称交流电压源，获取所有可能运行方式下的电流响应情况，计算PCC点各个频率的阻抗值，形成扫描曲线Z
ac
，计算法根据分布式参数模型或多个π串联等值模型，采用节点电压法或逐一迭代法计算交流系统的等效阻抗Z
ac
，但计算法难以考虑线路的频变特性和耦合效应，通用性相对较差，但是所计算出来的阻抗特性曲线相对严格，分频阻尼控制器参数计算结果相对扫描法更加保守；同时，在所感兴趣的频率范围内，绘制所有可能的允许运行方式下交流系统Z
ac
阻抗特性曲线，包括幅频特性曲线和相频特性曲线，在相频特性曲线上面找到交流系统阻抗相位的最小值θ
acmin
，可用弧度制表示也可以用角度值表示。3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法，其特征在于步骤S2所述的获取PCC点处柔性直流换流站阻抗Z
mmc
：更进一步地，获取柔性直流换流站阻抗Z
mmc
也可以采用扫描法和计算法，柔性直流换流站的阻抗扫描法与交流系统阻抗扫描一样，该方法非常适用于换流站控制系统模型不对外公开的场景，即“黑盒子”换流站，能考虑到实际链路延时的传递过程，计算法则是根据柔性直流换流站运行原理，采用线性化的方法计算PCC处电压与电流的关系，可以很清楚知道换流站阻抗的关键影响环节及其影响规律，为分频阻尼控制器的提出奠定了理论基础；同样，在所感兴趣的频率范围内与Z
ac
重叠一起，绘制不同运行功率水平下柔性直流换流站的Z
mmc
阻抗特性曲线，包括幅频特性曲线和相频特性曲线。4.根据权利要求3所述的柔性直流输电系统高频振荡分频抑制及参数设计方法，其特征在于步骤S3所述的确定高频振荡风险区域数目H
res
及其频率区间值：更进一步地，基于步骤S1和步骤S2得到的Z
ac
和Z
mmc
幅频特性曲线和相频特性曲线，找到交流系统各个容性频率区间范围内，所有可能的Z
ac
和Z
mmc
幅频特性曲线交点频率，确定每一条Z
ac
和Z
mmc
的交点数目，取数目最大值作为高频振荡风险区域数目H
res
；同时，在第1个至第H
res
个高频振荡风险区间范围内，记录每一个区间的频率最小值和最大值，即[f
min1
,f
max1
]、[f
min2
,f
max2
]、[f
min3
,f
max3
]...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云丰，文涛，姜飞，许杰锋，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：