连接弱交流电网的高压柔性直流输电换流器宽频带振荡特性分析及自适应抑制

Recently several established MMC-HVDC projects have suffered from wideband oscillating when connected to weak AC system, which seriously hampers the safe operation of MMC-HVDC. While several MMC-HVDC projects under construction also face weak AC system similarly, and it is urgent to analyze and solve the potential wideband oscillating problem. To analyze the wideband oscillating mechanism of MMC interfacing weak AC system and solve the oscillating problem, this project takes adequate consideration of the frequency dynamics of weak AC system, the internal electric dynamics and detailed whole-time-scale control dynamics of MMC, and employs elaborate small-signal model to research the wideband oscillating modes. The essential parameters that lead to instability and stabilization as well as the dominant participating modules regarding the wideband oscillating modes are distinguished. Based on the coupling effect analysis of wideband oscillating modes, an adaptive depression control strategy is proposed to suppress the oscillation. Finally, a set of wideband-oscillation-oriented analytical tool and adaptive depression strategy should be formed, which provides mechanism insight and effective method to solving the oscillating problem introduced by the interaction between MMC and weak AC system, and gives an impetus to the development and application of MMC-HVDC projects.

目前我国已建成的基于模块化多电平换流器（MMC）的高压柔性直流输电工程在弱交流电网作用下已发生多起宽频带振荡事件，严重影响了柔直工程的安全稳定运行。在建的MMC柔直工程也存在弱交流电网接入场景，潜在的宽频带振荡问题亦威胁到工程的顺利实施。为了分析该宽频带振荡特性及产生机理，解决振荡问题，本项目充分考虑弱交流电网的宽频带特性和MMC的内部详细电气系统以及控制系统的全维时间尺度动态特性，采用精细化小信号模型研究MMC宽频带振荡模式，辨识与宽频带振荡特性相关的关键失/致稳参数和主要参与环节。基于宽频带振荡的耦合性分析，提出自适应抑制宽频带振荡的控制策略，最终形成一套面向宽频带振荡特性的机理分析工具和自适应抑制设计方案，为解决连接弱交流电网的MMC的振荡问题提供思路和有效方法，推动MMC柔直工程的发展与实践。

基于模块化多电平换流器（MMC）的高压柔性直流输电工程的宽频带振荡问题日益突出，国内柔直工程的宽频振荡事件已发生多起，这给柔直工程的推广和应用蒙上了一层阴影。本项目聚焦柔直工程接入弱交流电网引发宽频振荡这一实际场景，根据柔直工程存在的实际振荡风险及未来架空线化趋势，围绕混合型MMC在连接弱交流电网时的宽频振荡特性分析，揭示其振荡机理，并提出相应的抑制方案。主要研究内容分为4个部分：.首先，建立了混合型MMC在无闭锁控制策略下的状态空间小信号模型，对比分析了其与常规控制下半桥型MMC的振荡模式的异同；全面分析了混合型MMC在接入强交流电网时控制参数对其小信号稳定性的影响，总结了多类典型不稳定模式的振荡频率和参与状态变量。.其次，针对混合型MMC接入弱交流电网运行这一场景，基于根轨迹分析了不同控制参数对系统小信号稳定性的影响，并通过电磁暂态仿真验证。与接入强交流电网的结果进行对比，揭示了连接弱交流电网运行后新增的影响系统稳定性的风险点，并对比分析了系统不稳定模式的振荡特性。.再次，揭示了混合型MMC接入弱交流电网高功率运行所引起的宽频带振荡问题，发现了与低频和高频振荡分别强相关的不同控制回路，提出了优化关键参数以提高稳定性和功率传输能力的方法。基于对振荡模式的贡献程度排序，推导了回路开环增益的简化计算方法，计算结果表明，所提方法能够有效判断系统的宽频带振荡特性，并指导相关参数的优化方法。.最后，分别基于频域交流阻抗模型和时域状态空间小信号模型两种分析方法，对比分析了两电平VSC、半桥型MMC和混合型MMC在接入弱交流电网运行时的宽频振荡特征，揭示了三类VSC振荡特性的异同点，总结了抑制宽频带振荡、增强稳定性的参数调整策略。.本项目在国际和国内期刊上发表论文4篇，其中SCI检索3篇、EI检索1篇；授权国家发明专利3项；培养硕士研究生1名，博士研究生1名。