柔性直流输电系统宽频振荡机理与抑制.docx

柔性直流输电系统宽频振荡机理与抑制口研究背景 柔直系统与海上风电场间宽频振荡 柔直系统与交流电网间宽频振荡 总结与展望国事惫源海上风电技术笠务好发中心场间宽频振荡，间宽频振荡研究背景勖上/K2乂，风力发电研究中心»，-2Jw.<nman«<*.r中攵料力发电研究中心MKM1DVUBmMnOCWMBMOKVSB背景一柔性直流输电工程快速发展柔性直流输电成为大规模远距离海上风电送出、交流电网互联的主流方案之一2010年以来国内外柔直工程快速发展，以更高电压.更大容量、多端为发展趋势我国已投运和正在建设的柔直工程工程名称投入年份直流电压/kV额定容量/MW南汇风场柔直2011±3018南澳三端风场柔直2013±160200舟山五端柔直2014±200400厦门柔直2015±3201000兽西背靠背柔直2016±3501000渝鄂背靠背柔直2019±4202*1250张北新能源直流电网2023±5003000乌东德混合三端直流2023±8005000如东海风柔直2023±4001100白鹤滩混合柔直2023(ffi)±8008000广东背靠背柔直2023±3002*1500低频振荡(<100Hz)目前国内已投运的柔直工程基本都出现了不同频段的振荡现象，振荡频带宽，振荡现象前所未见，亟需阐明机理，提出有效的抑制方案高频振荡(>1kHz)中频振荡(IOOTkHz)世界首个风场经多端柔直并网工程一南澳柔直工程(2013)世界首个海上风电柔直并网工SBorwin1HVDCTg(2013)世界首例柔直高频振荡事件一畀西柔直工程(2017)渝鄂柔直工程(2019)国家能源海上风电技术装备研发中心柔直系统与海上风电场间宽频振荡上。攵反力发电研究中心mummewuOtmaen«wIVMBmMfewa风电-柔直互联系统宽频阻抗建模一风电场建模-*iM口两类聚合思路：单机等值聚合和阻抗网络聚合单机等值聚合：基于容量等值的单机聚合法和基于输出倍乘的单机聚合法提出基于灰箱辨识的风电场聚合建模方法，建立保持频域一致性的风电场宽频动态聚合模型设备谟根J1iWfe1t1i<H0.先我J兀功仲信泄缶<STTrt1.中8号)(J!12S.北疯IS帏电越蹒网络建校根据MatH场MIitI，'内各用抗聚合逐级4打匚，惟上门1并联.M型台Mmit至ZE(Z.3Z.uZ.Za”)阻抗网络聚合建模基于频域一致性的单机Jg合建模1HZongJ1yu.eta1.AccurateAggregatedMocSeinngofWindFarmSystemsnModifiedSequenceDomainforStabi1ityAnaVss.'E1ectncPowerSystemsResearch201921HZongJ1y,eta1Greyo×Aggre9at0ModehngofWindFarmforWidebandOsci11ationsAna1ysis,"App1iedEnergy.2023国京1漫海上风电技术装备研发中心上。攵反力发电研究中心mummewuOtmaen«wIVMBmMfewa文Ig电质或由f*!【“柔直海上MMC控制结构MMC宽频阻抗模型验证(如东H程参数)风电柔直互联系统宽频阻抗建模一柔直MMC建模针对MMC换流器多谐波特征，提出基于谐波状态空间(HSS)的柔直MMC动态建模方法，建立计及内部动态和所有控制环节的MMC宽频阻抗模型(3 J1yuXZhang.XCa1,或a1"Harmonicstate-spacebasedSma1-signa1EPedanCemode1ingofmodu1armu1ti1eve1converterwithsderatonofinterna1harmonicdynamics/IEEETransPw/erE1ectronicsvo：34,no3,pp2134-2*48Mar2019 .EW-3目的.充以，HMMCM推用抗模取及其/<t*TRf”饶定分析中价收生J中团M.1；'学拈，2023.41(14)4941-4953 次同步振荡机理(V50Hz):风电场的感性负电阻特性与柔直海上MMC的容性特性相互作用 超同步振荡机理(50100Hz):风电场的容性负电阳特性与柔直海上MMC的感性特性相互作用 中宿频振荡机理(>200Hz):柔直海上MMC的感性负电阻特性与风电场的容性特性相互作用次/超同步振荡机理卸“80100<<HO中扁频振荡机理200900IOOC3000M*(W)次/超同步频段主导因素：/风电变流器直流电压外环、锁相环等控制环节引入负阻尼/柔直海上MMC电流内环和内部动态引入谐振峰中演频段主导因素：/MMC内外环控制、电压前馈等环节控制延时引入负阻尼/海上风电场的容性元件(如：1C滤波器、海底电缆等)(5J1yu,XCai.eta1,aSubsynchronousosci11ationmechanismanditssuppress>nnMMCbasedHVDCconnected卅ndfarms/IETG9fwaUon.Tfansmissioi)ADiStnbubon.2018Jjf攵1乂¥贝力发电研究中心风电-柔直互联系统宽频振荡抑制策略自适应宽猱振荡抑制策略2018,60)40-53主要功能模块，(I)参数可狗节的由海反馈行源阻尼回路振荡分注金线检制模块(Tit&Q(3)善数设置模块(4)仗他模块(Brv)提出改善风场柔直并网系统稳定性的控制器参数优化设计方法从风电机组控制和柔直换流器控制两方面，提出在线自适应宽频振荡抑制策略风电-柔直竟频桅荡抑制思路(6)目般.Q上H提晶K场奉片M系统检定性的抄对多界数比亿设iJJTI电UIIV/H17吕，.祭也风电场对tfs1i丸；网系统他定台的加城分析与或计(J中己电浮学*2018.38(14),4074Y085网U/SPEED202IT会报而httpe/Zmpwe<1Fh6TYr>-2waPqtrxc7mg口柔直系统与交流电网间宽频振荡国家筋源海上风电技术黑箭研发中心,加力发电研究中心mummewuOtmasn«wIUMB柔直并网MMC宽频阻抗建模柔直并网MMC控制结构：功率或直流电压外环.正负序电流环锁相环、二倍频环流抑制.正负序分离算法等基于谐波状态空间法(HSS)建立计及内部动态和所有控制环节的柔直并网MMC宽频阻抗模型IO010,10,柔直并网MMC控制结构(9X.Guo,JYin.J1y,eta1Wideband1me<1areMode1ingandAna1ystsofModu1arMu1t4evdConverterConsidenngNegative-SequenceContro1,The10tRenewab1ePowerGeneratiorConference(RPG2023),2023.p120-125柔直并网MMC宽频阻抗馍型验证(渝鄂工程参数)国家嵯源海上风电技术装务研发中心负序电流控制和不同正负序分离算法对并网MMc宽频阻抗特性具有较大影响，尤其对负序阻抗特性影响更为明显K论:OO!towmao(a)无负序控制(b)考虑负序控制(DDSRF分离算法)to130CMoK*<Ma)(c)考虑负序控制(4延时分离算法)国家能源海上风电技术装务研发中心*MMX1，-R.WMMITMM*1UMM*OfIKM.>忽略MMC的内部动态.外环控制.锁相环.环流抑制控制等对高频特性影响较小的环节，仅保留电流内环、电压前馈、控制延时等环节，可得到MMc的高频阻抗简化模型功率外环控制对MMC高频阻抗特性影响较小，可以忽略；交流电压外环控制对MMC高频阻抗特性影响较大，需要考虑MMC高频阻抗简化模型：7_HiGj+Z<dqIJCfGdI解析表达式：叫U叫、一3，；“八ZM-cot(-)÷-(Kf=1)222ZddXkpicos(Td)+js1；(Kf=0)120100808eS(a)功率夕卜环对MMC宽顽阻抗特性的影响-Iwe*(b)交流电压外环对MMC宽频阻抗特性的影响(10J,Yc,J1yu.HYu.eta1-HighFrequencyImpedanceMode1ofModu1arMu1ti1eve1ConverterforHigh-FrequencyResonanceAnaiySejThe10thRenewatxePowetGenerationCOCferenCe(RPG2023).2023.p.29-34Jjf攵1乂¥贝力发电研究中心MMf1MDWISBUIM*tMSVVDKMINm1I-I柔直并网MMC高频阳尼特性分析口针对柔直并网MMC,其自身的负阻尼区域是潜在的高频振荡风险频段提出阻尼参数灵敏度量化指标，提取柔直并网MMC高频阻尼关键影响因素控制延时.桥臂电感、电压前馈系数是影响柔直MMC高频阻尼的主导因素MMe高频阻尼参数灵敏度分析(11)J,Yo,J1yu.JDaeta1ExtractionandAna1ysisofKeyIrfiuencmgFactorsofDarrpmgCharactensbcsofModwarMu1ti1eve1Converter,The10thRenewatxePowerGenerabonCkxiference(RPG2023)2023.p.68-103.上户文1乂¥反力发电研究中心BUM*M0tOOMmCnWW1fBW柔直并网MMC高频阳尼特性分析控制延时口桥臂电感电压前馈系数三维图俯视图M»Mf1DJM，皿KXBMONO特定频率处参数变化时阻尼大小的变化趋势特定参数下不同频段内的阻尼特性控制延时增大时，高频段负阻尼出现的最低频率减小，对应的频段宽度及负阻尼区域间隔也有所减小格臂电感增大时，高频段负阻尼出现的最彳氐频率减小，总体对应的负阻尼频段宽度增大电压前馈系数取值接近1时，负阻尼数值较大，向两侧取值时减小；电压前馈系数变化时，负阻尼频段宽度几乎不变柔直-交流电网互联系统宽频振荡机理分析1 .次/超同步振荡机理柔直系统一般接入高压交流骨干网，接入点电网的等值阻抗较小（对应短路比较大），一般不会发生由柔直与弱交流电网相互作用引发的次/超同步振荡现象对渝鄂柔直工程和如东柔直工程接入交流电网的次/超同步振荡风险进行评估，结果表明，当交流电网在柔直接入点短路比小于2时，会存在超同步振荡风险，其振荡机理与低压并网逆变器接弱交流电网的振荡机理类似玳宓THMMC230k/416kV棒