Frequency-coupling Modeling and Stability Analysis of Offshore Wind Farm-Modular Multilevel Converter Interconnection System

Hailiang XU; Mingkun GAO; Han WU; Fei NIE; Mingbo WU

doi:10.7500/AEPS20210530001

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Frequency-coupling Modeling and Stability Analysis of Offshore Wind Farm-Modular Multilevel Converter Interconnection System

Research and Application of Key Technologies for Large-scale Offshore Wind Power System | 更新时间：2025-06-16

- Frequency-coupling Modeling and Stability Analysis of Offshore Wind Farm-Modular Multilevel Converter Interconnection System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 21, Pages: 92-102(2021)
- 作者机构：
  
  中国石油大学（华东）新能源学院，山东省青岛市 266580
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077222);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2020ME202)
- DOI：10.7500/AEPS20210530001
  CLC：
- Received：30 May 2021，
  
  Revised：2021-08-19，
  
  Published Online：14 October 2020，
  
  Published：10 November 2021
- 稿件说明：
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徐海亮,高铭琨,吴瀚等.海上风电场-MMC互联系统频率耦合建模及稳定性分析[J].电力系统自动化,2021,45(21):92-102.

XU Hailiang,GAO Mingkun,WU Han,et al.Frequency-coupling Modeling and Stability Analysis of Offshore Wind Farm-Modular Multilevel Converter Interconnection System[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(21):92-102.
徐海亮,高铭琨,吴瀚等.海上风电场-MMC互联系统频率耦合建模及稳定性分析[J].电力系统自动化,2021,45(21):92-102. DOI： 10.7500/AEPS20210530001.

XU Hailiang,GAO Mingkun,WU Han,et al.Frequency-coupling Modeling and Stability Analysis of Offshore Wind Farm-Modular Multilevel Converter Interconnection System[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(21):92-102. DOI： 10.7500/AEPS20210530001.

摘要

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术是深远海风电场电能传输的重要方案，但呈现多入多出(MIMO)特征的频率耦合效应对海上风电场-MMC互联系统稳定性构成新的挑战。已有MMC建模大多忽略了频率耦合效应，且对影响频率耦合效应关键作用机制的研究较少。针对上述问题，通过建立计及频率耦合效应的风场侧MMC等效序阻抗模型，对影响频率耦合效应及稳定性的关键作用因子进行分析评估。同时，为解决现有稳定性判据求解过程烦琐的问题，基于Gershgorin圆定理提出一种改进MIMO稳定性判据，其通过引入距离函数简化判稳过程。然后，基于该判据分析了各关键作用因子及频率耦合效应对系统稳定性的影响规律，并对该判据保守性进行定量分析。最后，通过仿真算例验证了理论分析的正确性。

Abstract

Modular multilevel converter (MMC) based flexible direct current transmission technology is an important scheme for the power transmission of distant offshore wind farm

but it presents multi-input-multi-output (MIMO) characteristics. The frequency coupling effect of MIMO characteristics poses a new challenge to the stability of the offshore wind farm-MMC interconnection system. Most of the existing MMC models have ignored the frequency coupling effect

and there are few studies on the key mechanism affecting the frequency coupling effect. In view of the above problems

this paper establishes the equivalent sequence impedance model of MMC on the wind field side

including the frequency coupling effect

and analyzes and evaluated the key factors affecting the frequency coupling effect and stability. Meanwhile

an improved MIMO stability criterion based on Gershgorin-circle theorem is proposed to solve the complicated problem of the existing stability criterion

which simplifies the stability judgment process by introducing the distance function. Then

based on the criterion

the influence of the key factors and the frequency coupling effect on the stability of the system is analyzed

and the conservatism of the criterion is analyzed quantitatively. Finally

a simulation example is given to verify the correctness of the theoretical analysis.

关键词

Keywords

references

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