柔性直流输电系统频振荡分析与控制刘崇茹华北电力大学2024年10月19日珠海化北电力大学NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITYIEEEDCTS抑制策略五开不7R示汇报提纲23理刀大工用大—2—1发展新能源是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措，柔性直流输电(简称柔直)支撑能力强、控制灵活、响应快速，是解决新能源并网的核心技术。国家战略新能源送端支撑能力弱稳定问题频发线单线接地英国“8.9”大停电事故及清肆小e稻气与霍思风场标频审第-次下跌第二次y下族分布式电二次罐率恒点48.8H时间新能源并网核心技术柔性直流输电0.1ms1ms0.01s0.1s1s10s控制电编电网或陋动电器交发线品机械负数柔性直流输电新能源发电不确定性强传统送出手段灵活性、怏速性不足柔性直流输电响应速度快柔性直流输电支撑能力强柔性直流输电具备构网能力，可以提供频率、电压支撑。柔性直流输电控制灵活柔性直流输电采用全控型器件，控制手段灵活可调。柔性直流输电开关频率低、控制周期短，响应速度在微秒级。问题突出大力发展新能源发电1研究背景度下1240MWi动作据施柔直构网型控制—3—第一次期率填率H近年来，国内外多个柔直工程频繁发生宽频振荡，迫使系统运行受限，导致弃风弃光；甚至因高频振荡损毁关键设备，造成工程长期停运。柔直工程典型振荡事纪▲0Hz10Hz100Hz1kHz张北工程(1509Hz)10kHzINELFE工程(~1.6kHz)法·西联网工程某柔直工程振荡1研究背景次/超同步振荡中/高频振荡某柔直工程早期降额运行2019年：25/530Hz振荡输工程(35Hz,705Hz)2015年：1.6kHz振荡Bolwinalpha工程(~290Hz)厦门工程(25Hz,531Hz)南汇工程(10Hz,25Hz)舟山工程(1000+Hz)南澳工程(21Hz)鲁西工程(1.2kHz)设备损毁宽频电磁振荡—4—柔性直流输电系统中的振荡主要可以表现为三大类：换流站内部振荡、直流侧振荡以及交流侧振荡。针对上述问题，从机理分析、抑制策略以及仿真建模等方面展开汇报。柔性直流输电系统宽频振荡机理分析柔性直流换流站内部振荡柔直换流站直流侧站间振荡柔直换流站与交流系统间振荡MMC-HVDC系统振荡抑制口控制延迟及采样滤波器诱发振荡口接入弱交流系统诱发振荡(如风电场)柔直通道站间协同问题口直流电压控制器负阻尼诱发振荡口直流电流控制延迟诱发振荡口固有弱阻尼诱发振荡换流站内部设计问题口阀基控制系统不稳定诱发振荡口站(极)控制系统不稳定诱发振荡1研究背景—5—3抑制策略汇报提纲工田机理力析1九月京2柔性直流换流阀通常采用模块化多电平结构，其控制系统分为阀基控制和站(极)控制两部分阀控：平衡子模块电容电压并确保桥臂输出电压能准确跟踪参考值站控：根据外部系统需求产生换流阀内电势参考电压换流阀基本结构2机理分析——2.1柔直换流站内部振荡PolarControlLoop2ValveValveLoop1ValveContrStabilityofPolarcontrolStabilityofValvecontrol模块化多电平换流阀工作原理控制回路关系(电容电压恒定)—7—上述模型在早期使用中时常出错，2014年前后(厦门工程投运)工业界开始关注电容电压波动的影响电容的基频波动(约10%~15%):导致调制环节出现非线性频变耦合效应两电平换流器与MMC的拓扑对比4K本D₁K本D₃Tsk本D₅桥臂电抗器c宁集中式本T₄业本D₄4K本D₆电容2机理分析——2.1柔直换流站内部振荡f:基波频率f:扰动频率多谐波线性化、谐波状态空间等多频率线性化方法DC、f、2f₁DC、f2f2f-fff+2f+SMSMSMSMSMSMSMSMSMySMSMSMSMSMSMySMSMDC、fDCTiS4分散式电容(a)两电平VSC本D本D半桥子模块amud(b)MMCuarm1am2am—8—m2fm柔性直流换流阀通常采用模块化多电平结构，其控制系统分为阀基控制和站(极)控制两部分阀控：平衡子模块电容电压并确保桥臂输出电压能准确跟踪参考值站控：根据外部系统需求产生换流阀内电势参考电压PolarControlStabilityofLoop2ValveStepl:Loop1ValvecontrolValveControl2机理分析——2.1柔直换流站内部振荡模块化多电平换流阀工作原理换流阀基本结构控制回路关系(电容电压波动)StabilityofPolarcontrolStep2:—9—阀控制器是柔直流换流站控制系统设计的第一步，通常跟阀体打包出厂阀控稳定性(简化评估):如果忽略子模块电容电压动态，将子模块阀串视为理想电压源，稳定性则主要取决...