海上风电MMC-HVDC并网系统小干扰稳定性分析与优化控制研究

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在全球能源结构转型和科技进步的推动下,基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术凭借诸多优点广泛应用于海上风电送出工程。然而,海上风电MMC-HVDC并网系统属于典型的电力电子化输电系统,受异构化装备互联及多时间尺度控制器相互作用的影响,系统可能出现现象复杂、机理多变的宽频振荡问题,严重威胁了电力系统安全稳定运行。因此,为提高系统的动态稳定性能,本文围绕海上风电MMC-HVDC并网系统小干扰稳定性分析与优化控制展开研究,全面分析了装备各控制器对系统稳定性的影响,继而深入解析了系统宽频振荡机理,在此基础上提出了相应的优化控制策略。本文的主要研究内容包括:首先,结合本文研究重点对海上风电MMC-HVDC并网系统进行了合理简化,针对MMC内部动态多谐波耦合特性,采用了基于谐波状态空间理论的建模方法构建了其频域模型,基于此推导出了MMC单输入单输出阻抗模型。并利用谐波线性化建立了海上风电场阻抗模型。通过对比时域仿真模型验证了上述模型在宽频范围内的准确性。其次,基于阻抗模型的小干扰稳定性分析理论严格定量地分析了海上风电场锁相环控制器、电流控制器以及MMC交流电压控制器、基频电流控制器、负序二倍频环流控制器对并网系统稳定性的影响,并基于所得结论合理地设计了各控制器参数。综合分析装备各控制器对阻抗特性的影响频段,揭示了并网系统宽频振荡机理。最后,结合MMC装备自身特性,从挖掘装备调节能力的角度提出了基于MMC零序环流控制器的优化控制策略。基于前文的分析方法揭示了零序环流控制器对并网系统稳定性的影响规律,进而提出了相应的控制器参数优化方案,通过仿真验证了理论的正确性和方案的可行性。本文所做研究工作将有效改善海上风电MMC-HVDC输电系统的运行性能,为大规模输送远海风能提供理论支撑和技术保障。
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