CN114204583B - 抑制柔性直流输电中频及高频振荡的装置参数设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法。所述无源阻抗装置由电感、电容、电阻元件组成；所述多频点相位钳制原则是通过将选取的多个频率点处的相位重塑至±90°内来钳制整个特定频段柔性直流换流器的相位；所述多频点个数的选取不小于特定频段内换流器相位峰值出现的次数；所述电感、电容、电阻参数还需综合考虑系统的无功补偿容量和有功损耗；该设计方法所确定的无源阻抗装置能够有效抑制柔直系统中的中高频振荡现象。
Description
技术领域
本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法。
背景技术
随着柔性直流输电技术在工程中广泛的应用，随之而来系统也出现了一系列的稳定性问题。近年来工程中高频振荡现象频发，现有研究针对这一问题所提出的抑制策略主要从控制系统改进和外部附加无源装置这两方面进行。对于外部附加无源装置的抑制策略，需要对参数进行合理的设计才能达到有效抑制中高频的目的，因此有必要提出一种基于多频点相位钳制的无源阻抗装置参数设计方法，根据柔直系统的中高频阻抗特性来合理设计无源阻抗装置参数，使得柔性直流换流器交流侧的阻抗特性的得到较好改善，从而抑制中高频振荡。
本发明提出了一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法。根据给定的频段范围和柔性直流换流器的阻抗相位特性确定所选取的多频点个数；根据系统所允许的无功补偿约束确定电容参数；根根据选取的多频率点处相位约束初步确定电感和电阻的取值范围；根据系统的有功损耗约束进一步优化电感和电阻的取值范围。该设计方法所确定的无源阻抗装置能够有效抑制柔直系统中的中高频振荡现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，其主要原理是从柔直换流器的阻抗特性出发，有效改善其中高频段的阻抗特性，从而抑制中高频振荡。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，根据给定的频段范围和柔性直流换流器的阻抗相位特性确定所选取的多频点个数；
步骤2，根据系统所允许的无功补偿约束确定电容参数；
步骤3，根据选取的多频率点处相位约束初步确定电感和电阻的取值范围；
步骤4，根据系统的有功损耗约束进一步优化电感和电阻的取值范围。
所述步骤1的过程具体为：
选取的多频点个数不小于特定频段内换流器相位峰值出现的次数：
其中，fB、fA分别为给定的特定频率范围的上下限，fcmin为系统阻抗相位的最小变化频率周期，计算公式为fcmin＝1/Tdmax，其中Tdmax代表系统的最大延时时间。
步骤2中，无源阻抗装置中的电容由柔性直流输电系统所允许的无功补偿容量来确定：
Qc＝U22πf1C
其中，Qc为系统的无功补偿约束，U为交流母线电压，f1为基频，C为所求的电容。
步骤3中，由确定好的多频点个数N，在给定频段内取等间隔频率点，无源阻抗装置中的电感和电阻参数范围通过将等间隔频率点处系统阻抗相位修正至±90°来确定：
其中，L0为MMC的等值电感，R、L分别为无源阻抗装置中的电阻、电感，T为系统的延时时间，Arg代表求取阻抗相位运算。
在步骤4中，根据系统的有功损耗约束进一步优化电感和电阻的取值范围：
其中，P为系统允许的有功损耗。
本发明提供的一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，能够有效改善柔性直流换流器中高频段的阻抗特性，从而有效抑制系统中的中高频振荡。
附图说明
图1为本发明提供的电阻和电感参数取值范围图。
图2为本发明提供的选取所确定的参数前后MMC阻抗对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，首先根据给定的特定中高频段和柔直换流器阻抗特性选取多频点个数；然后根据系统所允许的无功补偿约束确定电容参数；接着根据选取的多频率点处相位约束初步确定电感和电阻的取值范围；最后根据系统的有功损耗约束进一步优化电感和电阻的取值范围。
下面以额定功率为1250MW，交流电压为525kV、系统延时时间为500μs的MMC系统为例，对基于多频点相位钳制的无源阻抗装置参数设计方法进行设计验证。本算例中给定特定频段为500Hz-2500Hz，相位优化目标为将MMC交流侧阻抗相位重塑至±90°之间，并留有20°的相位裕度。根据5％有功功率的无功补偿约束，得出电容参数为0.72F；根据给定的特定频段可计算出多频点个数N≥2，取N＝3，所对应的等间隔频率点为1000Hz、1500Hz、2000Hz；根据多频率点处相位约束及低于1％的有功损耗约束确定电感和电阻的取值范围。图1给出了符合条件的电阻和电感的取值范围。在满足条件的取值范围中取选择A1(15,380)、A2(30,320)、A3(36,252)、A4(42,160)四个点所对应的参数来进行阻抗验证。
图2给出了本算例的阻抗验证结果，与原始的系统阻抗相位相比，采用所选取的四组参数均能使系统阻抗相位在特定频段内保持在±90°以内。说明本发明提供的基于多频点相位钳制的无源阻抗装置参数设计方法可以很好地改善系统的中高频段阻抗，有效降低柔性直流输电系统的中高频振荡的潜在风险。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种抑制柔性直流输电中频及高频振荡的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，其特征在于，所述无源阻抗装置由电感、电容、电阻元件组成；所述参数设计方法包括：
步骤1，根据给定的频段范围和柔性直流换流器的阻抗相位特性确定所选取的多频点个数；
步骤2，根据系统所允许的无功补偿约束确定电容参数；
步骤3，根据选取的多频点处相位约束初步确定电感和电阻的取值范围；以及
步骤4，根据系统的有功损耗约束进一步优化电感和电阻的取值范围，
其中，多频点个数N的选取不小于特定频段内换流器相位峰值出现的次数：
其中，fB、fA分别为给定的特定频率范围的上限和下限，fcmin为系统阻抗相位的最小变化频率周期，计算公式为fcmin＝1/Tdmax，其中Tdmax代表系统的最大延时时间。
2.根据权利要求1所述的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，其特征在于，无源阻抗装置中的电容由柔性直流输电系统所允许的无功补偿容量来确定：
Qc＝U22πf1C
其中，Qc为系统的无功补偿约束，U为交流母线电压，f1为基频，C为所求的电容。
3.根据权利要求2所述的多频点相位钳制无源阻抗装置参数设计方法，其特征在于，所述根据系统的有功损耗约束进一步优化电感和电阻的取值范围为：
其中，P为系统允许的有功损耗，R、L分别为无源阻抗装置中的电阻、电感。
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2021
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