【华北电力大学】2024年柔性直流输电系统宽频振荡分析与控制报告_43页_14mb

报告摘要

柔性直流输电系统宽频振荡分析与控制

核心内容

柔性直流输电（柔直）是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要技术手段，具有支撑能力强、控制灵活、响应速度快等优势，尤其适用于新能源并网。然而，随着新能源大规模接入，柔直系统面临宽频振荡问题，影响系统稳定性和设备安全，甚至导致工程停运。因此，对宽频振荡的机理分析和抑制策略研究具有重要意义。

主要观点

宽频振荡类型
柔直系统中的宽频振荡主要分为三类：
- 换流站内部振荡
- 直流侧振荡
- 交流侧振荡
换流站内部振荡机理
- 换流阀采用模块化多电平结构，控制系统分为阀基控制和站（极）控制。
- 阀控稳定性受环流控制器与桥臂电抗的交互影响，若比例增益小于2则不稳定。
- 站控稳定性受交流电压控制器、前馈环节及控制延迟影响，比例增益大于2则不稳定。
- 需采用多谐波线性化技术进行详细建模，以提高分析精度。
直流侧振荡机理
- 直流侧振荡主要由正反馈和谐波放大引起，与控制器增益和系统阻抗特性密切相关。
- 需要通过有源阻尼或有源滤波等手段增强系统阻尼，防止振荡发散。
- 通过控制参数协调设计，可实现换流站交流侧高频段的无源化，但会限制换流器参数选择范围。
交流侧振荡机理
- 交流侧振荡与交直流系统耦合有关，尤其在中低频段影响显著。
- 高频振荡主要由控制延迟、采样滤波器、LC电路等引起，需通过混合阻尼设计抑制。
- 混合阻尼设计结合低通有源滤波器和无源阻尼器，有效消除高频负阻尼。
抑制策略
- 有源阻尼：通过调节子模块投切模拟电阻效应，增强系统阻尼。
- 有源滤波：通过滤波器消除控制器引入的负阻尼。
- 无源阻尼：在桥臂电抗器附加无源阻尼器，消除低频负阻尼并提供高频正阻尼。
- 无源滤波：在高频段呈现阻性，使等效阻抗特性向阻性方向靠近；在低频段具有较大幅度，使柔直阻抗占主导作用。
- 多目标优化设计：通过多目标优化算法寻找控制器参数池，确保全频段为正阻尼。

关键信息

频率扫描范围：1Hz-5kHz，其中1Hz-255Hz每1Hz扫描一个频点，260Hz-2550Hz每10Hz扫描一个频点，2600Hz-5000Hz每100Hz扫描一个频点。
控制延迟与稳定性：控制延迟对系统稳定性影响显著，需通过扫频验证和稳定仿真进行评估。
阻抗分析：MMC的交直流侧阻抗特性受到换流站控制策略、子模块电容电压波动及外部系统的影响。
参数设计目标：通过优化设计，实现全频段正阻尼，同时尽量减小有功损耗。
滤波器设计：
- 截止频率影响滤波器的阻抗幅值和阻性特性。
- 品质因数影响滤波器高频段的阻抗角。
- 补偿容量影响滤波器在基频下的无功功率输出。