一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法，该方法通过在M3C控制器的电压电流测量环节中附加带阻滤波器，并根据高频谐振风险出现的频段设计带阻滤波器的参数，减小了M3C在高频段呈现出的负电阻效应。本发明专利技术无需附加额外无源滤波装置，工程实现的经济性较好，同时所附加的带阻滤波器仅改变M3C的高频阻抗特性，并且不存在谐振风险时可以退出运行，因此不会影响M3C基频运行特性，故本发明专利技术可以为柔性低频交流输电系统的研究、规划和建设提供一定的参考和帮助。建设提供一定的参考和帮助。建设提供一定的参考和帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法


[0001]本专利技术属于柔性低频交流输电
，具体涉及一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法。

技术介绍

[0002]海上风电场具有风能稳定、发电利用小时数高、基本不受地形地貌影响和示意大规模开发等优点，近年来国内外风电发展的重心已呈现出从陆上转移至海上的趋势，其中离岸大于100km、水深超过50m的远海领域具有更加广阔的海域资源与更加庞大的风能储量，具备极佳的发展潜力和开发前景。低频交流输电作为一种颇具竞争力的远海风电送出方案，引起了学术界的广泛关注；采用低频交流输电系统完成中远距离海上风电送出，能够大大提升交流海缆的输电能力，无需设置海上换流站及海上换流平台，便于海上风电集群组网。
[0003]另一方面，随着国民经济的快速增长，大型城市用电负荷快速增加，大型城市电网大都在外层形成直接与输电网相连的500kV环网，接受外部电源供电；内层220kV电网深入供电中心，构成骨干网架，给负荷中心提供电能。大型城市电网一般都采取220kV电压等级分区运行模式以限制电网短路电流和消除电磁环网，然而城市电网分区独立运行也带来一些安全性问题，如各分区供电能力不足、电力平衡与N
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1故障后潮流过载、电网故障后母线电压水平较低、系统短路电流过大、城市负荷中心缺乏足够的电压支撑，造成暂态电压稳定问题等。为解决上述问题，通过分区间进行紧急功率支援显得非常必要，但如果直接闭合联络线进行功率支援，由于潮流不可控，容易造成事故扩大化，因此对城市分区柔性互联技术展开深入研究是非常有必要的。
[0004]模块化多电平矩阵变换器(M3C)是一种新型矩阵式交/交变频器，它具有模块化、可扩展性强、谐波注入特性低等优点，基于M3C的柔性低频交流输电系统是实现远海风电送出和城市供区互联的一种非常有竞争力的方案。但是，M3C是一种具有快速控制系统动态过程的电力电子设备，不同于常规的电网元件，在控制系统延时主要是电压测量环节延时的影响下，易于在高频段表现为负电阻电感特性，如果与所接入的电网阻抗匹配不当，则会使系统出现高频谐振风险。
[0005]基于M3C的柔性低频交流输电技术研究尚处于起步阶段，现有的研究主要针对M3C的基频控制策略开展，对于其高频谐振风险的抑制研究仍处于空白状态。因此，研究柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法对保障工程安全运行具有重要意义。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法，通过在M3C控制器的电压电流测量环节中附加带阻滤波器，并根据高频谐振风险出现的频段设计带阻滤波器的参数，减小了M3C在高频段呈现出的负电阻效应，进而实现了高频谐振抑制。
[0007]一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法，包括如下步骤：
[0008](1)搭建柔性低频交流输电系统中M3C的详细仿真模型，通过阻抗扫描的方式对M3C两侧的高频阻抗进行建模；
[0009](2)对M3C所接入电网的高频阻抗进行建模，将其与M3C对应侧高频阻抗的匹配情况进行分析，以寻找高频谐振点即系统可能出现高频谐振风险的频率；
[0010](3)针对存在的高频谐振点，设计对应的带阻滤波器；
[0011](4)在M3C对应侧控制器的电压电流测量环节中附加所述带阻滤波器；
[0012](5)当M3C所接入电网的高频阻抗特性变化引起高频谐振点改变时，根据新的高频谐振点调整带阻滤波器参数；若M3C所接入电网的高频阻抗特性变化后不存在有高频谐振点，则退出带阻滤波器。
[0013]进一步地，考虑M3C的外环控制器、内环控制器、锁相环和控制系统延时因素，所述步骤(1)中使用电磁暂态仿真软件搭建M3C的详细仿真模型。
[0014]进一步地，所述步骤(1)中对于高频区间内任一频率点，在M3C的工频侧施加对应频率的正弦电压扰动分量，然后测量该频率下M3C工频侧的电流扰动分量，施加的正弦电压扰动分量与电流扰动分量的比值即为该频率下M3C工频侧的阻抗，遍历高频区间内所有频率点即可得到M3C工频侧的高频阻抗模型；依据上述方法，同理可得M3C低频侧的高频阻抗模型。
[0015]进一步地，若在某一频率点处，M3C所接入电网高频阻抗与M3C对应侧高频阻抗的幅值相交且相位差超过180
°
，则判定该频率点为高频谐振点即系统可能出现高频谐振风险的频率。
[0016]进一步地，所述带阻滤波器的传递函数如下：
[0017][0018]其中：G(s)为带阻滤波器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ω0为带阻滤波器的特征频率即采用高频谐振点，ζ为阻尼比。
[0019]进一步地，所述步骤(4)的具体实现方式为：将M3C对应侧输出端口电压和电流的测量值经过带阻滤波器后输入至M3C对应侧控制器中。系统的高频谐振风险来自于M3C电压测量环节延时所引入负电阻效应，在电压测量环节中附加所设计的带阻滤波器可以减小该负电阻效应，同时为了保证附加控制后系统的稳态运行功率不发生偏差，在电流测量环节中也附加相同的带阻滤波器。
[0020]针对柔性低频交流输电系统高频谐振抑制的应用场景，本专利技术柔性低频交流输电系统高频谐振抑制方法通过在M3C控制器的电压电流测量环节中附加带阻滤波器，并根据高频谐振风险出现的频段设计带阻滤波器的参数，减小了M3C在高频段呈现出的负电阻效应。本专利技术无需附加额外无源滤波装置，工程实现的经济性较好，同时所附加的带阻滤波器仅改变M3C的高频阻抗特性，并且不存在谐振风险时可以退出运行，因此不会影响M3C基频运行特性，故本专利技术可以为柔性低频交流输电系统的研究、规划和建设提供一定的参考和帮助。
附图说明
[0021]图1为本专利技术柔性低频交流输电系统高频谐振抑制方法的流程示意图。
[0022]图2为M3C阻抗扫描方法的原理示意图。
[0023]图3为应用本专利技术高频谐振抑制方法后M3C的简化控制框图。
[0024]图4为本实施例中柔性低频交流输电系统的结构示意图。
[0025]图5为本实施例系统中M3C工频侧高频阻抗和交流系统高频阻抗示意图。
[0026]图6为本实施例系统应用本专利技术高频谐振抑制方法后M3C工频侧高频阻抗和交流系统高频阻抗示意图。
[0027]图7(a)为对本实施例系统进行电磁暂态仿真得到的交流系统A相电压波形示意图。
[0028]图7(b)为对本实施例系统进行电磁暂态仿真时所出现高频谐振的谐波分析结果示意图。
具体实施方式
[0029]为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0030]如图1所示，本专利技术柔性低频交流输电系统高频谐振抑制方法包括如下步骤：
[0031](1)搭建柔性低频交流输电系统中M3C的详细仿真模型，通过阻抗扫描的方式对M3C两侧的高频阻抗进行建模。
[0032]考虑M3C的外环控制器、内环控制器、锁相环和控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性低频交流输电系统的高频谐振抑制方法，包括如下步骤：(1)搭建柔性低频交流输电系统中M3C的详细仿真模型，通过阻抗扫描的方式对M3C两侧的高频阻抗进行建模；(2)对M3C所接入电网的高频阻抗进行建模，将其与M3C对应侧高频阻抗的匹配情况进行分析，以寻找高频谐振点即系统可能出现高频谐振风险的频率；(3)针对存在的高频谐振点，设计对应的带阻滤波器；(4)在M3C对应侧控制器的电压电流测量环节中附加所述带阻滤波器；(5)当M3C所接入电网的高频阻抗特性变化引起高频谐振点改变时，根据新的高频谐振点调整带阻滤波器参数；若M3C所接入电网的高频阻抗特性变化后不存在有高频谐振点，则退出带阻滤波器。2.根据权利要求1所述的高频谐振抑制方法，其特征在于：考虑M3C的外环控制器、内环控制器、锁相环和控制系统延时因素，所述步骤(1)中使用电磁暂态仿真软件搭建M3C的详细仿真模型。3.根据权利要求1所述的高频谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤(1)中对于高频区间内任一频率点，在M3C的...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘鹏，华文，陆翌，黄晓明，陆承宇，陆立文，吴小丹，朱海勇，林艺哲，潘磊，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：