CN115498616A - 一种柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,该方法包括:步骤1)获取交流系统等效及柔性直流运行控制参数;步骤2)确定柔性直流运行和控制方式策略;步骤3)构建MMC高频阻抗特性换流器简化模型,获取模型阻抗幅值和相位特性曲线;步骤4)根据所述模型阻抗幅值和相位特性曲线识别柔直换流站高频段负电阻电感特性;步骤5)计算MMC高频阻抗特性特征根及换流站各控制环节、交流系统参数变化导致的特征根稳定变化的灵敏度指标;步骤6)根据所述灵敏度指标确定导致高频振荡的主导环节。该方法考虑到采用简化模块化多电平柔性直流模型分析高频稳定性,能够灵活适应柔性直流复杂多变的运行方式。
Description
技术领域
本发明属于电气工程领域,尤其涉及柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
背景技术
近十年来,基于模块化多电平变换器的高压(MMC-HVDC)输电技术凭借其弱电网互联、孤岛供电等优势,在大型可再生能源发电厂的并网中得到了广泛应用,并在世界范围内投入运行了大量的实际工程。然而,随着电力系统的规模和复杂性的不断增加,高频振荡(HFR)现象频繁发生。例如,1271HzHFR以及700Hz和1.8kHzHFR分别出现在鲁西和渝鄂项目,这给电力系统的稳定性带来了很大的挑战。
为了分析MMC-HVDC系统的稳定性,常采用基于阻抗的稳定性判据,需要建立MMC和互联系统的阻抗模型。针对MMC复杂的内部结构和动态特性,目前学者主要采用基于动态相量、谐波状态空间(HSS)、谐波线性化方法进行研究,并建立宽频范围内的详细阻抗模型等。但是,在分析HFR问题时,这些详细的模型过于复杂,需要选择简化并准确的阻抗模型以降低分析的复杂性。
最近的研究表明,外控制环、锁相环(PLL)、环流抑制控制(CCSC)、MMC内部的动力学等对MMC的高频阻抗特性影响不大。而忽略除电流内环、控制延迟和前馈电压外的控制简化高频模型已广泛用于HFR抑制方法的分析。然而,两电平电压源变换器(VSC)在PQ控制(并网控制)和交流电压控制(孤岛控制)下的阻抗特性是不同的,这对MMC的分析也很有意义。因此,应根据这两种控制策略在高频范围内的差异区分简化模型。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,以解决上述技术问题,具体由以下技术方案实现:
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,该方法包括:
步骤1)获取交流系统等效及柔性直流运行控制参数;
步骤2)确定柔性直流运行和控制方式策略;
步骤3)构建MMC高频阻抗特性换流器简化模型,获取模型阻抗幅值和相位特性曲线;
步骤4)根据所述模型阻抗幅值和相位特性曲线识别柔直换流站高频段负电阻电感特性;
步骤5)计算MMC高频阻抗特性特征根及换流站各控制环节、交流系统参数变化导致的特征根稳定变化的灵敏度指标;
步骤6)根据所述灵敏度指标确定导致高频振荡的主导环节。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,步骤1)中交流系统等效及柔性直流运行控制参数,包括:换流站主电路参数、MMC控制器参数、联接变压及交流侧阻抗参数。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,步骤2)中所述柔性直流运行和控制方式策略,包括:孤岛送出定交流电压控制方式和与交流电网联接的有功、无功控制方式。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,步骤3)具体为:
针对孤岛送出定交流电压控制方式根据式(1)设定MMC高频阻抗简化模型:
式(1)中,Zdd为MMC高频阻抗频域传递函数d轴电压与d轴电流的比值,Zqq为MMC高频阻抗频域传递函数q轴电压与q轴电流的比值,Zdq为MMC高频阻抗频域传递函数d轴电压与q轴电流的比值,Zqd为MMC高频阻抗频域传递函数q轴电压与d轴电流的比值;Leq为交流侧系统的等值电抗,Req为交流侧系统的等值电阻;Gd为控制链路延迟传递函数,Td为控制链路延迟时间;Hi为内环电流PI控制传递函数,kpi为内环电流PI控制比例环节,kii为内环电流PI控制积分环节,Kf为电压前馈环节系数,ω0为电网基频,s为复数频率;
针对柔性直流与交流电网联接的有功、无功控制方式根据式(2)设定MMC高频阻抗简化模型:
式中,Hctrl=HPQHiGd为控制环节传递函数,C、D均为2*2阶矩阵,igd、igq分别为交流系统侧dq轴电流,vgd、vgq分别为交流系统侧dq轴电压,HPQ为外环有功无功控制传递函数,kpi为外环有功无功PI控制比例环节,kiPQ为外环控制器积分环节kpPQ为外环控制器比例环节。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,所述模型阻抗幅值和相位特性曲线,包含d轴电压与d轴电流阻抗幅值相位、d轴电压与q轴电流阻抗幅值相位、q轴电压与d轴电流阻抗幅值相位及q轴电压与q轴电流阻抗幅值相位。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,所述步骤4)包括:根据上述步骤获取的MMC高频阻抗简化模型阻抗幅值和相位特性曲线,判断d轴电压与d轴电流阻抗幅值相位、d轴电压与q轴电流阻抗幅值相位、q轴电压与d轴电流阻抗幅值相位及q轴电压与q轴电流阻抗幅值相位是否小于90°。若相位判断超过90°,则存在负电阻特性,也即判断柔直工程存在振荡风险;若相位判断小于90°,则不存在负电阻特性,也即判断柔直工程无振荡风险。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,所述步骤5)包括:根据MMC高频阻抗矩阵,利用特征值分析法求取不稳定特征根;针对不稳地特征根研究换流站各控制环节、交流系统参数变化导致的特征根变化灵敏度也即灵敏度指标:
式中,p为柔直各环节灵敏度指标,λi为系统的不稳定特征根,xmmc为柔直各环节控制参数。
所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的进一步设计在于,所述步骤6)中确定导致高频振荡的主导环节具体为:若灵敏度指标指标大于0.5,则相对应的控制环节为高频振荡的主导环节。
本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器以及计算机程序,其中所述计算机程序存储于所述存储器中,并被配置为由所述处理器执行以实现所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现所述柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
本发明的有益效果:
本发明的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法基于柔性直流控制方式构建不同的模块化多电平(MMC)高频阻抗简化模型,获取模型阻抗幅值和相位特性曲线,并识别柔直换流站高频段负电阻电感特性,在根轨迹研究方法下基于灵敏度指标指标确定导致高频振荡的主导环节。该方法考虑到采用简化模块化多电平柔性直流模型分析高频稳定性,能够灵活适应柔性直流复杂多变的运行方式,为快速高效抑制高频振荡风险提供保障,对电力系统安全稳定运行具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1,本发明的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,该方法包括如下步骤:
步骤1)获取交流系统等效及柔性直流运行控制参数。
步骤2)确定柔性直流运行和控制方式策略。本实施例中,柔性直流运行和控制方式策略,包括:孤岛送出定交流电压控制方式及与交流电网联接的有功、无功控制方式。柔性直流运行和控制方式策略是通过调度数据网将柔性直流直流运行和控制方式传输给调度平台。
步骤3)构建MMC高频阻抗特性换流器简化模型,获取模型阻抗幅值和相位特性曲线。
步骤4)根据模型阻抗幅值和相位特性曲线识别柔直换流站高频段负电阻电感特性。
步骤5)计算MMC高频阻抗特性特征根及换流站各控制环节、交流系统参数变化导致的特征根稳定变化的灵敏度指标。
步骤6)根据灵敏度指标确定导致高频振荡的主导环节。
本实施例的步骤1)中,交流系统等效及柔性直流运行控制参数,包括:换流站主电路参数(交流电压、直流电压、桥臂子模块个数、换流变阻抗、额定功率、子模块电容、桥臂阻感、控制链路延迟时间Td)、MMC控制器参数(PQ外环PI控制器参数、电流内环PI控制器参数、环流抑制PI控制器参数及锁相环PI控制器参数)、联接变压器(变比、漏抗)及交流侧阻抗参数(等效阻抗Req和电抗Leq)。
本实施例的步骤3)具体为:针对孤岛送出定交流电压控制方式根据式(1)设定MMC高频阻抗简化模型:
Zdd为MMC高频阻抗频域传递函数d轴电压与d轴电流的比值,Zqq为MMC高频阻抗频域传递函数q轴电压与q轴电流的比值,Zdq为MMC高频阻抗频域传递函数d轴电压与q轴电流的比值,Zqd为MMC高频阻抗频域传递函数q轴电压与d轴电流的比值;Leq为交流侧系统的等值电抗,Req为交流侧系统的等值电阻;Gd为控制链路延迟传递函数,Td为控制链路延迟时间;Hi为内环电流PI控制传递函数,kpi为内环电流PI控制比例环节,kii为内环电流PI控制积分环节,Kf为电压前馈环节系数,ω0为电网基频,s为复数频率。
针对柔性直流与交流电网联接的有功、无功控制方式根据式(2)设定MMC高频阻抗简化模型:
式(2)中,Hctrl=HPQHiGd为控制环节传递函数,C、D均为2*2阶矩阵,igd、igq分别为交流系统侧dq轴电流,vgd、vgq分别为交流系统侧dq轴电压,HPQ为外环有功无功控制传递函数,kpi为外环有功无功PI控制比例环节,kiPQ为外环控制器积分环节kpPQ为外环控制器比例环节。
进一步的,模型阻抗幅值和相位特性曲线,包含d轴电压与d轴电流阻抗幅值相位、d轴电压与q轴电流阻抗幅值相位、q轴电压与d轴电流阻抗幅值相位及q轴电压与q轴电流阻抗幅值相位。
本实施例的步骤4)包括:根据上述步骤获取的MMC高频阻抗简化模型阻抗幅值和相位特性曲线,判断d轴电压与d轴电流阻抗幅值相位、d轴电压与q轴电流阻抗幅值相位、q轴电压与d轴电流阻抗幅值相位及q轴电压与q轴电流阻抗幅值相位是否小于90°。若相位判断超过90°,则存在负电阻特性,也即判断柔直工程存在振荡风险;若相位判断小于90°,则不存在负电阻特性,也即判断柔直工程无振荡风险。
本实施例的步骤5)包括:根据MMC高频阻抗矩阵,利用特征值分析法求取不稳定特征根;针对不稳地特征根研究换流站各控制环节、交流系统参数变化导致的特征根变化灵敏度也即灵敏度指标:
式中,p为柔直各环节灵敏度指标,λi为系统的不稳定特征根,xmmc为柔直各环节控制参数。
本实施例的步骤6)为:确定导致高频振荡的主导环节,若灵敏度指标指标大于0.5,则相对应的控制环节为高频振荡的主导环节;对确定的高频振荡的主导环节灵敏度指标进行排序并收集,将收集的灵敏度指标作为后续研究高频振荡的基础依据,以便抑制高频振荡风险。
本实施例还提供一种电子设备,包括存储器、处理器以及计算机程序,其中计算机程序存储于存储器中,并被配置为由处理器执行以实现柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质,存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行以实现柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
本实施例的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法基于柔性直流控制方式构建不同的模块化多电平(MMC)高频阻抗简化模型,获取模型阻抗幅值和相位特性曲线,并识别柔直换流站高频段负电阻电感特性,在根轨迹研究方法下基于灵敏度指标指标确定导致高频振荡的主导环节。该方法考虑到采用简化模块化多电平柔性直流模型分析高频稳定性,能够灵活适应柔性直流复杂多变的运行方式,为快速高效抑制高频振荡风险提供保障,对电力系统安全稳定运行具有重要的意义。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于,该方法包括:
步骤1)获取交流系统等效及柔性直流运行控制参数;
步骤2)确定柔性直流运行和控制方式策略;
步骤3)构建MMC高频阻抗特性换流器简化模型,获取模型阻抗幅值和相位特性曲线;
步骤4)根据所述模型阻抗幅值和相位特性曲线识别柔直换流站高频段负电阻电感特性;
步骤5)计算MMC高频阻抗特性特征根及换流站各控制环节、交流系统参数变化导致的特征根稳定变化的灵敏度指标;
步骤6)根据所述灵敏度指标确定导致高频振荡的主导环节。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于,步骤1)中交流系统等效及柔性直流运行控制参数,包括:换流站主电路参数、MMC控制器参数、联接变压及交流侧阻抗参数。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于,步骤2)中所述柔性直流运行和控制方式策略,包括:孤岛送出定交流电压控制方式和与交流电网联接的有功、无功控制方式。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于,步骤3)具体为:
针对孤岛送出定交流电压控制方式根据式(1)设定MMC高频阻抗简化模型:
式(1)中,Zdd为MMC高频阻抗频域传递函数d轴电压与d轴电流的比值,Zqq为MMC高频阻抗频域传递函数q轴电压与q轴电流的比值,Zdq为MMC高频阻抗频域传递函数d轴电压与q轴电流的比值,Zqd为MMC高频阻抗频域传递函数q轴电压与d轴电流的比值;Leq为交流侧系统的等值电抗,Req为交流侧系统的等值电阻;Gd为控制链路延迟传递函数,Td为控制链路延迟时间;Hi为内环电流PI控制传递函数,kpi为内环电流PI控制比例环节,kii为内环电流PI控制积分环节,Kf为电压前馈环节系数,ω0为电网基频,s为复数频率;
针对柔性直流与交流电网联接的有功、无功控制方式根据式(2)设定MMC高频阻抗简化模型:
式(2)中,Hctrl=HPQHiGd为控制环节传递函数,C、D均为2*2阶矩阵,igd、igq分别为交流系统侧dq轴电流,vgd、vgq分别为交流系统侧dq轴电压,HPQ为外环有功无功控制传递函数,kpi为外环有功无功PI控制比例环节,kiPQ为外环控制器积分环节,kpPQ为外环控制器比例环节。
5.根据权利要求4所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于:所述模型阻抗幅值和相位特性曲线,包含d轴电压与d轴电流阻抗幅值相位、d轴电压与q轴电流阻抗幅值相位、q轴电压与d轴电流阻抗幅值相位及q轴电压与q轴电流阻抗幅值相位。
6.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于:所述步骤4)包括:根据上述步骤获取的MMC高频阻抗简化模型阻抗幅值和相位特性曲线,判断d轴电压与d轴电流阻抗幅值相位、d轴电压与q轴电流阻抗幅值相位、q轴电压与d轴电流阻抗幅值相位及q轴电压与q轴电流阻抗幅值相位是否小于90°。若相位判断超过90°,则存在负电阻特性,也即判断柔直工程存在振荡风险;若相位判断小于90°,则不存在负电阻特性,也即判断柔直工程无振荡风险。
8.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法,其特征在于:所述步骤6)中确定导致高频振荡的主导环节具体为:若灵敏度指标指标大于0.5,则相对应的控制环节为高频振荡的主导环节。
9.一种电子设备,其特征在于,包括存储器、处理器以及计算机程序,其中所述计算机程序存储于所述存储器中,并被配置为由所述处理器执行以实现如权利要求1-8任一项所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1-8任一项所述的柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法。
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CN116961031A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-27 | 长沙理工大学 | 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 |
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CN116961031A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-27 | 长沙理工大学 | 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 |
CN116961031B (zh) * | 2023-07-31 | 2024-05-10 | 长沙理工大学 | 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 |
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