2024年柔性直流输电系统宽频振荡分析与控制报告

柔性直流输电系统宽频振荡分析与控制

研究背景

• 背景：实现“碳达峰、碳中和”目标的关键措施之一是大力发展新能源，并网的核心技术是柔性直流输电（柔直）。柔直具有支撑能力强、控制灵活、响应快速等特点，但频繁发生的宽频振荡问题限制了系统运行。
• 具体问题：近年来，多个柔直工程出现了25Hz、530Hz、1.6kHz等不同频率范围的振荡，导致弃风弃光、设备损坏等问题。

机理分析

• 柔直换流站内部振荡

  • 原因：
    • 模块化多电平结构的控制系统中，阀基控制和站（极）控制的相互作用。
    • 电容电压波动导致的非线性频变耦合效应。
  • 模型验证：
    • 简化模型与详细模型的对比，通过扫频验证和仿真测试验证阀控和站控的稳定性。

• 直流侧振荡

  • 原因：
    • 直流电压控制器的负阻尼放大。
    • 交流系统对直流侧阻抗的影响。
  • 仿真：
    • 直流电压控制器比例增益变化导致的谐波放大和发散现象。

• 交流侧振荡

  • 原因：
    • 正负序系统间的频率耦合效应。
    • 交流系统导纳的影响。
  • 仿真：
    • 交流侧网络阻抗对直流侧阻抗的影响，以及不同频率范围的阻抗特性。

抑制策略

• 直流电压控制器优化：

  • 采用多谐波线性化技术提高控制器性能。
  • 调整控制器参数，避免负阻尼和弱阻尼现象。

• 站控系统的改进：

  • 优化交流电压控制器的控制模式，减少控制延迟。
  • 引入前馈补偿机制，增强系统的稳定性。

• 系统整体优化：

  • 考虑系统动态特性的综合影响，进行整体优化设计。
  • 通过仿真建模验证各种策略的有效性。

结论

• 主要结论：柔性直流输电系统的宽频振荡问题可以通过精细化的机理分析和有效的抑制策略来解决。通过优化控制器参数和系统设计，可以有效提升系统的稳定性和可靠性。