[发明专利]计及频率耦合的LCC-HVDC稳定性分析方法及装置

说明书

本发明公开了计及频率耦合的LCC‑HVDC稳定性分析方法及装置，包括对LCC‑HVDC控制结构进行建模，得到LCC‑HVDC的开关函数；对LCC‑HVDC主电路进行建模，得到相序域下LCC‑HVDC的频率耦合特性阻抗模型，并联立LCC‑HVDC的开关函数，求解得到求解后的LCC‑HVDC的频率耦合特性阻抗模型，得到频率耦合特性矩阵；在考虑频率耦合的情况下，计算得到电网阻抗矩阵；根据电网阻抗矩阵和频率耦合特性矩阵，采用基于等效SISO阻抗稳定性分析法判断LCC‑HVDC送端电网的稳定性。本发明避免忽略频率耦合而导致的误差，能够准确分析复杂情况下LCC‑HVDC与弱电网互联系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及计及频率耦合的LCC-HVDC稳定性分析方法及装置。

背景技术

随着社会经济的不断发展，为满足负荷快速增长需求，电网规模逐步扩大，高压直流输电在我国的电力系统中得到了广泛的应用。目前高压直流输电技术包括电网换相换流器型高压直流输电(LCC-HVDC)、电压源换流器型高压直流输电和模块化多电平换流器型高压直流输电，其中LCC-HVDC技术成熟且具有输电容量大、换流站损耗低等特点，在市场中占据主导地位，并且在未来一段时间内仍会占据市场的很大份额。为LCC-HVDC运行提供无功支撑的当地电网因距HVDC整流站较远而具有“弱联系电网”的特征，使得弱电网与LCC-HVDC互联系统存在次/超同步振荡风险。

基于阻抗模型的稳定性分析方法通过分别获得电力电子装置和电网的端口阻抗特性，再通过两者之间的阻抗比来判断该互联系统的稳定性，目前已在包括并网逆变器、双馈风力发电机、模块化多电平换流器等电力电子装置接入电网后的系统稳定性分析中得到了大量的研究与应用，是一种简单有效的系统稳定性分析方法。

在传统的LCC-HVDC送端电网稳定性分析中，通常认为LCC-HVDC可以分解为相互解耦的正序子系统和负序子系统，并且在小信号意义下，每个子系统在频域上均具有单入单出的特性。因此，当且仅当LCC-HVDC正序子系统和负序子系统均满足单入单出的奈奎斯特稳定性判据时，送端电网才可以稳定运行。

但是，如果LCC-HVDC控制中存在以下情况：(1)锁相环控制器带宽较大；(2)直流线路电感较小；(3)直流电流控制器带宽较大，此时，在公共耦合点(PCC)施加某一特定频率的电压扰动时，除了产生同频率的电流响应分量之外，还会产生另一个不同频率的电流响应分量，这种现象被称为LCC-HVDC的频率耦合特性。由于频率耦合现象在频域上具有单入多出特性，系统正负序阻抗不再解耦，原有的单入单出稳定性判据也不再适用。

近年来，有学者针对LCC-HVDC送端电网的稳定性进行了一定的研究。LIU Hanchao等在标题为Small-signal stability analysis of offshore wind farms with LCCHVDC(2013IEEE Grenoble Conference.Grenoble：IEEE，2013：1-8)的文献中对锁相环和相控环节进行小信号线性化从而建立了LCC-HVDC整流站的阻抗模型，但忽略了频率耦合现象，所建模型仅有正序阻抗和负序阻抗，并用正序阻抗进行了小信号稳定性分析。刘斌等在标题为直驱风电场经LCC-HVDC外送系统阻抗建模及振荡机理分析(中国电机工程学报，2021，41(10)：3492-3504)的文献中考虑LCC-HVDC频率耦合项的影响，对直驱风场与LCC-HVDC互联系统可能存在的振荡风险与机理进行了研究，但在分析时只考虑了正序阻抗的频率耦合特性。

综上所述，目前关于LCC-HVDC送端电网稳定性的研究均未采用一个能够准确描述锁相环控制不对称和调制模块输入信号不对称等多种频率耦合原因共同存在情况下的统一的2×2的LCC-HVDC阻抗解析模型，无法准确分析多频率耦合因素共存情况下LCC-HVDC与弱电网互联系统的稳定性问题；因此，目前急需一种更加完善的LCC-HVDC系统稳定性分析方法。

发明内容