基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法技术

本发明专利技术提出一种基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，首先基于谐波线性化方法建立了柔直并网系统等效阻抗精细模型。其次，汇总可能影响等效电阻的因素并给出各影响因素初始区间，计算分析主导因素排序图；然后，针对出现的谐振现象，基于主导因素排序，可以定位该频率下影响等效电阻的主导影响因素，实现谐振溯源。再采用主导影响因素之间两两联合调参的方式进行参数优化，通过联合调参三维图可以得到谐振频段下主导影响因素的参数稳定域；最后，将主导影响因素优化至稳定域中，实现对柔直并网系统谐振的抑制。直并网系统谐振的抑制。直并网系统谐振的抑制。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统控制
，尤其涉及一种基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术具有控制灵活、谐波含量低、可向无源系统供电、无换相失败问题等优点，在远距离输电、海上风电直流送出、新能源并网、异步电网互联、孤岛钻井平台供电等领域得到广泛应用。然而，随着多个柔性直流工程的投入运行，带来了新的稳定性问题。
[0003]柔性直流系统接入交流电网的谐波谐振产生机理主要是换流器的复杂快速控制特性使其易在谐波频段等效电阻小于0，呈现负阻尼特性，从而与交流电网相互作用引起谐振现象，且MMC换流阀的模块化拓扑结构和分层控制架构使其存在多时间尺度动态特性并与交流电网相互作用，进一步加剧了交直流系统的谐振风险。现阶段，中高频谐振抑制方法通常包括有源滤波法和无源阻尼法两类，以上方法均针对某单一实际工程分析谐振原因进行阻尼参数设计。但在实际柔性直流输电工程中，通常并非由单一谐振源引起系统谐振，交直流电网的谐振影响因素错综复杂且相互交织。现阶段方法虽然能够有效应对部分场景下的谐波振荡问题，但由于缺少机理溯源和主导因素判别，往往缺乏迁移性，尤其在面对不同拓扑结构、运行方式和控制参数的柔直工程时，通常需重新进行机理分析和重新制定抑制措施，增加了谐振抑制的复杂性，难以实现不同场景及运行工况下系统谐振的快速有效抑制。
[0004]综上所述，为了实现谐振溯源并使得抑制策略具有普适性，需要一种能够定量分析判别主导因素，并在不同频率，不同参数，不同运行工况下均可适用的谐振抑制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有方法的不足，提出了一种基于MMC阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，能够定量、直观地反应各种参数变化时对系统阻抗的影响程度，并针对性提出了MMC主导影响因素的优化稳定域，实现柔直并网系统中高频谐振的抑制。
[0006]本专利技术是这样实现的：首先基于谐波线性化方法建立了考虑功率外环、电流内环、锁相环等控制环节的柔直并网系统等效阻抗精细模型的解析表达式。其次，汇总可能影响等效电阻的因素以及初始区间，采用Sobol全局灵敏度算法计算分析PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的影响指数并生成全频段的主导因素排序图；然后，基于全频段主导因素排序，定位谐振频率下影响等效电阻的主导影响因素实现谐振溯源，再采用主导影响因素之间两两联合调参的方式进行参数优化，通过联合调参三维图可以得到谐振频率下主导影响因素的参数稳定域；最后，将主导影响因素优化至稳定域中，实现对柔直并网系统谐振的抑制。
[0007]本专利技术具体采用以下技术方案：
[0008]一种基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于：
[0009]首先基于谐波线性化方法建立考虑包括功率外环、电流内环、锁相环，延时环的控制环节的柔直并网系统等效阻抗精细模型；
[0010]其次，汇总可能影响等效电阻的因素并给出各影响因素初始区间，采用Sobol全局灵敏度算法计算分析PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的影响指数并生成谐振频率下的主导因素排序图；
[0011]然后，针对出现的谐振现象，基于主导因素排序，以定位该频率下影响等效电阻的主导影响因素，实现谐振溯源；再采用主导影响因素之间两两联合调参的方式进行参数优化，通过联合调参三维图以得到谐振频段下主导影响因素的参数稳定域；
[0012]最后，将主导影响因素优化至稳定域中，实现对柔直并网系统谐振的抑制。
[0013]其具体包括以下步骤：
[0014]步骤S1：基于柔直并网系统MMC换流站的阻抗解析表达式，汇总各个控制环节的PI参数以及延时环节参数并给出各影响因素的模糊初始区间；
[0015]步骤S2：利用全局灵敏算法计算分析MMC阻抗中PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的一阶影响指数、全局影响指数、交互影响指数δ
s_i
据此衡量各参数对等效电阻的影响大小，绘制谐振频率下主导因素排序图；
[0016]步骤S3：柔直系统发生谐振时，通过FFT分析谐振频率，利用步骤S2以获取该谐振频率下影响等效电阻的主导影响因素从而实现谐振溯源；再考虑主导参数之间存在交互作用，进一步采用两两联合调参的方式进行参数优化；
[0017]步骤S4：两两联合调参的方式进行参数优化时，通过绘制联合调参三维图以得到谐振频率下主导影响因素的参数稳定域，将初始给定的参数模糊区间优化至稳定域内，实现系统的谐振抑制。
[0018]进一步地，在步骤S1中，考虑各个控制环节的PI参数以及延时环节参数并给出初始的模糊区间：
[0019]通过推导的阻抗显式表达式，对换流站等效阻抗实部R
MMC
可能产生影响的因素初步汇总为控制系统PI控制参数，系统延时参数两种类型；
[0020]具体如下表所示：
[0021]阻抗影响因素汇总
[0022][0023]基于R
MMC
的模型和仿真模型，同时考虑控制系统响应速度和稳定裕度约束，给出各影响因素的模糊初始范围，用于后续步骤中调参后给出稳定域子集。
[0024]进一步地，步骤S2中，利用全局灵敏算法分析MMC阻抗参数灵敏度具体为：通过计算分析PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的一阶影响指数、全局影响指数、交互影响指数δ
s_i
，据此衡量各参数对等效电阻的影响大小，绘制谐振频率下主导因素排序图。
[0025]进一步地，阻抗灵敏度的计算过程包括：
[0026]交互影响指数δ
s_i
如式(1)所示，用于衡量某个参数与其他参数的交互作用对输出的影响大小，其值越大表示该参数与其他参数的交互也就越剧烈，对输出产生的影响就越大；在联合调参时的优先级也就越高；
[0027]交叉影响指数：
[0028][0029]其中，N表示所汇总的可能产生影响的PI控制参数和延时环节参数的总个数。
[0030]进一步地，在步骤S3中，考虑主导因素之间存在交互作用进一步采用两两联合调参的方式进行参数优化：
[0031]若系统发生振荡，通过FFT分析提取系统的振荡频率，根据全局灵敏度算法的计算结果，按主导因素排序定位该振荡频段下R
MMC
特性的主导影响因素x1,x2,
…
x
n
，其中x1为最主导的影响因素，x2为次主导因素，以此类推；按照主导影响的排序，首先将x1与x2,
…
x
n
之间进行两两联合调参，若x1取值不在稳定域内，则舍弃该值，在稳定域内的x1保留并生成一个x1的参数稳定域[c,d]，其中c≥a，d≤b；每次调参均生成一个稳定域，可以得到n
‑
1个x1的稳定域，各个稳定域的交集作为x1最终取值范围，并在其中选取一个值x1’
作为x1的优化值，将其代入R
MM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于：首先基于谐波线性化方法建立考虑包括功率外环、电流内环、锁相环，延时环的控制环节的柔直并网系统等效阻抗精细模型；其次，汇总可能影响等效电阻的因素并给出各影响因素初始区间，采用Sobol全局灵敏度算法计算分析PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的影响指数并生成谐振频率下的主导因素排序图；然后，针对出现的谐振现象，基于主导因素排序，以定位该频率下影响等效电阻的主导影响因素，实现谐振溯源；再采用主导影响因素之间两两联合调参的方式进行参数优化，通过联合调参三维图以得到谐振频段下主导影响因素的参数稳定域；最后，将主导影响因素优化至稳定域中，实现对柔直并网系统谐振的抑制。2.根据权利要求1所述的基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1：基于柔直并网系统MMC换流站的阻抗解析表达式，汇总各个控制环节的PI参数以及延时环节参数并给出各影响因素的模糊初始区间；步骤S2：利用全局灵敏算法计算分析MMC阻抗中PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的一阶影响指数、全局影响指数、交互影响指数δ
s_i
，据此衡量各参数对等效电阻的影响大小，绘制谐振频率下主导因素排序图；步骤S3：柔直系统发生谐振时，通过FFT分析谐振频率，利用步骤S2以获取该谐振频率下影响等效电阻的主导影响因素从而实现谐振溯源；再考虑主导参数之间存在交互作用，进一步采用两两联合调参的方式进行参数优化；步骤S4：两两联合调参的方式进行参数优化时，通过绘制联合调参三维图以得到谐振频率下主导影响因素的参数稳定域，将初始给定的参数模糊区间优化至稳定域内，实现系统的谐振抑制。3.根据权利要求2所述的基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于:在步骤S1中，考虑各个控制环节的PI参数以及延时环节参数并给出初始的模糊区间：通过推导的阻抗显式表达式，对换流站等效阻抗实部R
MMC
可能产生影响的因素初步汇总为控制系统PI控制参数，系统延时参数两种类型；基于R
MMC
的模型和仿真模型，同时考虑控制系统响应速度和稳定裕度约束，给出各影响因素的模糊初始范围，用于后续步骤中调参后给出稳定域子集。4.根据权利要求2所述的基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于:步骤S2中，利用全局灵敏算法分析MMC阻抗参数灵敏度具体为：通过计算分析PI控制环节参数和延时环节参数对MMC等效电阻的一阶影响指数、全局影响指数、交互影响指数δ
s_i
，据此衡量各参数对等效电阻的影响大小，绘制谐振频率下主导因素排序图。5.根据权利要求2所述的基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于:阻抗灵敏度的计算过程包括：交互影响指数δ
s_i
如式(1)所示，用于衡量某个参数与其他参数的交互作用对输出的影响大小，其值越大表示该参数与其他参数的交互也就越剧烈，对输出产生的影响就越大；在联合调参时的优先级也就越高；交叉影响指数：
其中，N表示所汇总的可能产生影响的PI控制参数和延时环节参数的总个数。6.根据权利要求2所述的基于阻抗灵敏度分析的中高频谐振抑制方法，其特征在于:在步骤S3中，考虑主导因素之间存在交互作用进一步采用两两联合调参的方式进行参数优化：若系统发生振荡，通过FFT分析提取系统的振荡频率，根据全局灵敏度算法的计算结果，按主导因素排序定位该振荡频段下R
MMC
特性的主导影响因素x1,x2,
…
x
n
，其中x1为最主导的影响因素，x2为次主导因素，以此类推；按照主导影响的排序，首先将x1与x2,
…
x
n
之间进行两两联合调参，若x1取值不在稳定域内，则舍弃该值，在稳定域内的x1保留并生成一个x1的参数稳定域[c,d]，其中c≥a，d≤b；每次调参均生成一个稳定域，可以得到n
‑
1个x1的稳定域，各个稳定域的交集作为x1最终取值范围，并在其中选取一个值x1’
作为x1的优化值，将其代入R
MMC
，消除x1的影响；此时剩余的主要影响参数x2,
…
x
n
作为待优化参数组，按照上述步骤最后得到各个影响因...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁武杰，邓超平，林国栋，戴立宇，郭健生，黄均纬，王金柯，王渝红，张英敏，王洪耀，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司四川大学，
类型：发明
国别省市：