一种柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法

技术邻域

本发明涉及柔性直流输电(highvoltage direct current,HVDC)领域，包括柔性直流换流站连接交流电网、新能源场站等应用场景，具体涉及一种柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法。

背景技术

由于我国新能源和负荷呈逆向分布，因此以模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)为基础的柔性直流输电技术(highvoltage direct current,HVDC)是实现大功率远距离输电、新能源大规模送出和消纳的优选方案，已在张北柔直工程、如东海上风电柔直工程等多个国内外工程投入应用。但是，随着柔直工程的广泛应用，系统中电力电子装置相互作用诱发的高频振荡问题逐渐凸显，例如法西工程交流侧发生的1.6kHz振荡以及渝鄂工程交流侧发生的665Hz左右和1810Hz左右的高频振荡。若振荡没有得到有效抑制，将造成设备损坏、新能源脱网以及停电事故的发生，严重影响电力系统安全、高效运行。因此，必须研究相关措施抑制柔直工程的高频振荡现象。

当前，有源阻尼控制策略凭借在不增加系统功率损耗和外部电路的前提下，即可通过控制算法实现高频振荡抑制的优点成为柔性直流输电系统高频振荡抑制的主流措施之一。例如，相关研究提出了在柔直换流站电流内环采用虚拟串联阻抗的方法抑制高频振荡。但是这些研究中关于虚拟串联阻抗的参数设计主要通过绘制不同参数下换流站的阻抗特性曲线，优化确定参数，或者基于阻抗稳定性判据，得到虚拟串联阻抗控制器参数约束条件。前者设计的参数有限且应用场景变化时需重新设计参数，后者采用的方法无法准确判断负阻尼效应频率范围，没有体现负阻尼效应频段转移的本质。

鉴于虚拟串联阻抗本质上是通过转移负阻尼效应频段实现高频振荡的有效抑制，因此本发明专利提出了一种柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法。该方法利用虚拟串联阻抗转移负阻尼效应频段的机理，通过确定负阻尼效应转移原则，解析计算虚拟串联阻抗控制器参数范围，重塑柔直换流站高频阻抗特性，提高柔性直流输电系统高频稳定性。

发明内容

本发明的目的在于在不增加额外硬件电路的前提下，通过确定柔直换流站负阻尼效应区间及其转移原则，解析计算虚拟串联阻抗控制器参数，转移负阻尼效应频段，重塑柔直换流站高频阻抗特性，提升柔性直流输电系统高频稳定性。

本发明提供的一种柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法包括如下步骤：

S1.确定换流站负阻尼效应区间；

S2.确定负阻尼效应转移原则；

S3.虚拟串联阻抗控制器结构选择

S4.虚拟串联阻抗控制器参数解析计算；

S5.换流站电导特性校验。

步骤S1所述的确定换流站负阻尼效应区间，具体如下：

先通过正序阻抗或导纳模型开展理论计算研究工作，最后再进行正负序校验。采用可实现电压前馈和虚拟串联阻抗解耦分析的柔直换流站正序导纳模型。基于柔直换流站正序导纳模型，通过计算不考虑虚拟串联阻抗时换流站电正序导过零点

步骤S2所述的确定负阻尼效应转移原则，具体如下：

基于换流站导纳模型，采用实部和虚部的形式等效虚拟串联阻抗控制器，计算考虑虚拟串联阻抗时换流站电导。虚拟串联阻抗转移负阻尼效应的原则是在尽量减小对

步骤S3所述的虚拟串联阻抗控制器结构选择，具体如下：

基于步骤S2确定的负阻尼效应转移原则，确定虚拟串联阻抗控制器需满足的条件，从而选择出虚拟串联阻抗控制器结构，其类型包括但不限于低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器，阶数包括一阶、二阶和高阶，既可以是单个控制器也可以是多个控制器叠加的形式。

步骤S4所述的虚拟串联阻抗控制器参数解析计算，具体如下：

基于步骤S3确定的虚拟串联阻抗控制器，分析虚拟串联阻抗控制器实部和虚部特性，确定加入虚拟串联阻抗后换流站电导由正变负的频率点f

步骤S5所述的换流站电导特性校验，具体如下：

根据步骤S4确定的虚拟串联阻抗控制器参数，校验换流站电导特性，分析虚拟串联阻抗加入前后换流站负阻尼效应频率区间，验证负阻尼效应转移方法及参数设计的正确性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所提出的一种柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法，逻辑清晰，可计算换流站负阻尼效应频率区间，确定高频振荡风险频率范围，并且给出了虚拟串联阻抗控制转移高频负阻尼效应的参数解析计算步骤，可指导虚拟串联阻抗控制器参数的解析计算，从而有效转移高频负阻尼效应频段，重塑柔直换流站高频阻抗特性，提升系统高频稳定性。

附图说明

图1为柔性直流输电系统主电路示意图。

图2为虚拟串联阻抗的控制系统实现示意图。

图3为本发明专利提供的具体实施案例中所采用的二阶高通滤波器实部和虚部特性，除了二阶高通滤波器外，还可以采用其他类型的滤波器。

图4为本发明专利所提出的柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法实现步骤图。

具体实施方式

如图4所示为本发明提供的柔性直流换流站高频负阻尼效应频段转移方法，包括如下步骤：

S1.确定换流站负阻尼效应区间：

先通过正序阻抗或导纳模型开展理论计算研究工作，可实现电压前馈和虚拟串联阻抗解耦分析的换流站正序导纳模型表达式为

电压前馈包括阶梯波前馈、直接前馈和低通滤波前馈等方式，本案例以直接前馈方式进行说明。代入本案例相关参数可得f

S2.确定负阻尼效应转移原则：

虚拟串联阻抗控制如图2所示，采用实部和虚部的形式等效虚拟串联阻抗控制器的传递函数，则考虑虚拟串联阻抗时换流站电导表达式符号与下式同号

g

虚拟串联阻抗转移负阻尼效应的原则是在尽量减小对f＜796Hz区间内换流站阻抗特性的影响下，使换流站电导由正变负的过零点向更高频移动。基于该原则，虚拟串联阻抗控制器需尽可能满足以下不等式条件

k

上式即为虚拟串联阻抗转移负阻尼效应的原则。

S3.虚拟串联阻抗控制器结构选择:

根据步骤S2确定的原则即可选择出虚拟串联阻抗控制器结构，其类型包括但不限于低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器，阶数包括一阶、二阶和高阶，既可以是单个控制器也可以是多个控制器叠加的形式。由于二阶高通滤波器配合较小的阻尼比可以使得实部在无阻尼振荡频率处具有较大的负值，易满足第一个不等式条件，因此本案例仅仅采用二阶高通滤波器进行说明。此外，也可使用其他类型滤波器转移负阻尼效应频段。

S4.虚拟串联阻抗控制器参数解析计算：

本案例以单个二阶高通滤波器为例进行说明，二阶高通滤波器实部和虚部表达式为

由上式确定二阶高通滤波器实部和虚部特性，在ξ

二阶高通滤波器在较小阻尼比情况下的实部和虚部特性曲线如图3所示。令k

f

将f

S5.换流站电导特性校验：

根据步骤S4确定的虚拟串联阻抗控制器参数，通过校验换流站电导特性，发现虚拟串联阻抗加入后换流站负阻尼效应区间向更高频范围转移，验证了负阻尼效应转移方法及参数设计的正确性。

至此，本发明专利具体案例实施完毕。