Impedance Modeling and Mid- and High-frequency Resonance Characteristic Analysis for Flexible DC Converter with <italic style="font-style: italic">V</italic>/<italic style="font-style: italic">f</italic> Control

Junjie FENG; Chuang FU; Changyue ZOU; Xiaobin ZHAO; Wei CHEN; Shukai XU

doi:10.7500/AEPS20210719003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Impedance Modeling and Mid- and High-frequency Resonance Characteristic Analysis for Flexible DC Converter with V/f Control

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Impedance Modeling and Mid- and High-frequency Resonance Characteristic Analysis for Flexible DC Converter with V/f Control
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 4, Pages: 143-152(2022)
- 作者机构：
  
  1.直流输电技术国家重点实验室(中国南方电网科学研究院有限责任公司),广东省广州市 510663
  2.中国南方电网有限责任公司,广东省广州市 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Abstract:
  In order to solve the bipolar commissioning problem of high voltage direct current (HVDC) transmission projects while the construction of conventional earth electrodes are not completed, the unconventional earth electrode operation schemes, including in-station deep electrodes and out-station simple electrodes, are introduced. Then the electrical performance of electrodes, human safety, electrode heating, DC bias of transformers and diverting potential are studied. The main conclusions are as follows: in-station deep electrode schemes are technically feasible, but isolating measures should be taken to avoid high induced DC potential of earthing grid endangering the safety of equipment and human, for out-station simple electrode schemes, the step voltage and electrode temperature rise requirements are difficult to meet in monopole operation mode. So unbalanced current control measures should be introduced to ensure the safety of equipment and human near electrodes.
  Foundation:This work is supported by National Natural Science Foundation of China(51777079);China Southern Power Grid Company Limited(ZBKJXM20180104)
- DOI：10.7500/AEPS20210719003
  CLC：
- Received：19 July 2021，
  
  Revised：2021-09-15，
  
  Published Online：04 January 2022，
  
  Published：25 February 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
冯俊杰,傅闯,邹常跃等.V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析[J].电力系统自动化,2022,46(4):143-152.

FENG Junjie,FU Chuang,ZOU Changyue,et al.Impedance Modeling and Mid- and High-frequency Resonance Characteristic Analysis for Flexible DC Converter with V/f Control[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(4):143-152.
冯俊杰,傅闯,邹常跃等.V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析[J].电力系统自动化,2022,46(4):143-152. DOI： 10.7500/AEPS20210719003.

FENG Junjie,FU Chuang,ZOU Changyue,et al.Impedance Modeling and Mid- and High-frequency Resonance Characteristic Analysis for Flexible DC Converter with V/f Control[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(4):143-152. DOI： 10.7500/AEPS20210719003.

摘要

为研究交流侧电压控制，即

控制下柔性直流输电系统的中高频谐振问题

考虑正负序交流电压和电流内外环、电压前馈以及系统调制与控制链路延时等环节的作用，采用谐波线性化的方法建立了柔性直流换流器的交流侧正负序等效阻抗模型；分析了交流电压控制方式、电压前馈控制方式、控制系统参数、链路延时大小等因素对

控制下柔性直流换流器中高频阻抗特性的影响；通过对控制系统结构和参数进行优化，提出了柔性直流换流器中高频等效阻抗的改善措施，抑制换流器负阻尼。以66 kV交流汇集的海上风电柔性直流送出系统为例，分析了柔性直流换流器对系统中高频谐振特性的影响。最后，分别通过阻抗扫描和电磁暂态仿真验证了等效阻抗模型的正确性和阻抗改善措施的有效性。

Abstract

In order to study mid- and high-frequency resonance problems of flexible DC transmission systems with AC-side voltage control

i.e.

control

the AC-side positive and negative sequence equivalent impedance model of flexible DC converter is established by means of harmonic linearization considering the functions of positive and negative sequence AC voltage and current loop

voltage feedforward

system modulation and control link delay. Then

the influence of AC voltage control mode

voltage feedforward control mode

control system parameters and link delay on the mid- and high-frequency impedance characteristics of flexible DC converter with

control is analyzed. By optimizing the control system structure and parameters

the improvement measures on mid- and high-frequency equivalent impedance of flexible DC converter are proposed to suppress the negative damping of converters. Taking a flexible DC delivery system for a 66 kV offshore wind farm as an example

the influence of flexible DC converter on the mid- and high-frequency resonance characteristics is analyzed. Finally

the correctness of the equivalent impedance model and the effectiveness of impedance improvement measures are verified by impedance scanning and electromagnetic transient simulation

respectively.

关键词

Keywords

references

刘卫东，李奇南，王轩，等 . 大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望［J］. 中国电力， 2020 ， 53 （ 7 ）： 55 - 71 .

LIU Weidong ， LI Qinan ， WANG Xuan ， et al . Application status and prospect of VSC-HVDC technology for large-scale offshore wind farms ［J］. Electric Power ， 2020 ， 53 （ 7 ）： 55 - 71 .

唐晓骏，韩民晓，霍启迪，等 . 匹配不同场景需求的柔性直流应用型式选择［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 16 ）： 183 - 191 .

TANG Xiaojun ， HAN Minxiao ， HUO Qidi ， et al . Selection of VSC-HVDC application type matching requirements of different scenarios ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 16 ）： 183 - 191 .

周彦彤，郝丽丽，王昊昊，等 . 大容量风电场柔直并网系统的送/受端次同步振荡分析与抑制［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 3 ）： 100 - 106 .

ZHOU Yantong ， HAO Lili ， WANG Haohao ， et al . Analysis and suppression of SSO at sending/receiving end in VSC-HVDC system connected large-capacity wind farms ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 3 ）： 100 - 106 .

陈宝平，林涛，陈汝斯，等 . 直驱风电场经VSC-HVDC并网系统的多频段振荡特性分析［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （增刊1 ）： 176 - 184 .

CHEN Baoping ， LIN Tao ， CHEN Rusi ， et al . Characteristics of multi-band oscillation for direct drive wind farm interfaced with VSC-HVDC system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ Supplement 1 ）： 176 - 184 .

边晓燕，丁炀，买坤，等 . 海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 17 ）： 25 - 33 .

BIAN Xiaoyan ， DING Yang ， MAI Kun ， et al . Subsynchronous oscillation caused by grid-connection of offshore wind farm through VSC-HVDC and its mitigation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 17 ）： 25 - 33 .

冯俊杰 . 直流配电网谐振特性分析［D］. 广州：华南理工大学， 2019 .

FENG Junjie . Analysis on the resonance characteristic in DC distribution network ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2019 .

BUCHHAGEN C ， RAUSCHER C ， MENZE A ， et al ． BorWin1-first experiences with harmonic interactions in converter dominated grids ［C］// International ETG Congress ， November 17-18 ， 2015 ， Bonn， Germany ： 1 - 7 ．

吕敬，董鹏，施刚，等 . 大型双馈风电场经MMC-HVDC并网的次同步振荡及其抑制［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 19 ）： 4852 - 4860 .

LÜ Jing ， DONG Peng ， SHI Gang ， et al . Subsynchronous oscillation and its mitigation of MMC-based HVDC with large doubly-fed induction generator-based wind farm integration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 19 ）： 4852 - 4860 .

管敏渊，徐政 . 向无源网络供电的MMC型直流输电系统建模与控制［J］. 电工技术学报， 2013 ， 28 （ 2 ）： 255 - 263 .

GUAN Minyuan ， XU Zheng . Modeling and control of modular multilevel converter based VSC-HVDC system connected to passive networks ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 255 - 263 .

梅念，苑宾，李探，等 . 接入孤岛新能源电场的双极柔直换流站控制策略［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3575 - 3582 .

MEI Nian ， YUAN Bin ， LI Tan ， et al . Study on control strategy of bipolar VSC station connected to islanded renewable power plant ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3575 - 3582 .

钟庆，冯俊杰，王钢，等 . 基于节点阻抗矩阵的直流配电网谐振特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1323 - 1333 .

ZHONG Qing ， FENG Junjie ， WANG Gang ， et al . Analysis of resonance characteristics of DC distribution network based on node impedance matrix ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1323 - 1333 .

MAURICIO C ， SUN J . Impedance modeling and analysis of grid-connected voltage source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 3 ）： 1254 - 1261 .

李杨，帅智康，方俊彬，等 . 基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

LI Yang ， SHUAI Zhikang ， FANG Junbin ， et al . Stability check method for multi-inverter system based on impedance measurement ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

吕敬，蔡旭，张占奎，等 . 海上风电场经MMC-HVDC并网的阻抗建模及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3771 - 3780 .

LÜ Jing ， CAI Xu ， ZHANG Zhankui ， et al . Impedance modelling and stability analysis of MMC-based HVDC for offshore wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3771 - 3780 .

吕敬，蔡旭 . 风电场柔性直流并网系统镇定器的频域分析与设计［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4074 - 4085 .

LÜ Jing ， CAI Xu . Frequency-domain analysis and design of stabilization controllers for wind farm integration through VSC-HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4074 - 4085 .

LYU Jing ， ZHANG Xin ， CAI Xu ， et al . Harmonic state-space based small-signal impedance modeling of a modular multilevel converter with consideration of internal harmonic dynamic ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2134 - 2148 .

年珩，朱茂玮，徐韵扬，等 . 双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 4 ）： 81 - 90 .

NIAN Heng ， ZHU Maowei ， XU Yunyang ， et al . Impedance modeling and system stability analysis of MMC with double closed-loop AC voltage control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 81 - 90 .

李光辉，王伟胜，郭剑波，等 . 风电场经MMC-HVDC送出系统宽频带振荡机理与分析方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5281 - 5297 .

LI Guanghui ， WANG Weisheng ， GUO Jianbo ， et al . Broadband oscillation mechanism and analysis for wind farm integration through MMC-HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5281 - 5297 .

宗皓翔，吕敬，张琛，等 . MMC多维阻抗模型及其在风场-柔直交互稳定分析中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 14 ）： 4941 - 4953 .

ZONG Haoxiang ， LÜ Jing ， ZHANG Chen ， et al . MIMO impedance model of MMC and its application in the wind farm-HVDC interaction stability analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 14 ）： 4941 - 4953 .

JI Ke ， TANG Guangfu ， PANG Hui ， et al . Impedance modeling and analysis of MMC-HVDC for offshore wind farm integration ［J］. IEEE Transactions of Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 1488 - 1501 .

冯俊杰，邹常跃，杨双飞，等 . 针对中高频谐振问题的柔性直流输电系统阻抗精确建模与特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4805 - 4819 .

FENG Junjie ， ZOU Changyue ， YANG Shuangfei ， et al . Accurate impedance modeling and characteristic analysis of VSC-HVDC system for mid- and high-frequency resonance problems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4805 - 4819 .

ZOU Changyue ， RAO Hong ， XU Shukai ， et al . Analysis of resonance between a VSC-HVDC converter and the AC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 12 ）： 10157 - 10168 .

郭贤珊，刘斌，梅红明，等 . 渝鄂直流背靠背联网工程交直流系统谐振分析与抑制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 157 - 164 .

GUO Xianshan ， LIU Bin ， MEI Hongming ， et al . Analysis and suppression of resonance between AC and DC systems in Chongqing-Hubei back-to-back HVDC project of China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 157 - 164 .

MAN Jiufang ， XIE Xiaorong ， XU Shukai ， et al . Frequency-coupling impedance model based analysis of a high-frequency resonance incident in an actual MMC-HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 20 ）： 2963 - 2971 .

陈威，汪娟娟，叶运铭，等 . 柔性直流输电系统交流侧中高频谐振附加阻尼抑制措施［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 151 - 161 .

CHEN Wei ， WANG Junjun ， YE Yunming ， et al . Additional damping suppression measures for medium- and high-frequency resonance on AC side of MMC-HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 151 - 161 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Analysis and Optimization of Resonance Stability for MMC-HVDC and LCC-HVDC Hybrid Infeed System of Offshore Wind Power

Optimal Maximum Capacity Allocation Method for Multi-infeed Renewable Energy Cluster Based on Sensitivity Collaboration

High-frequency Resonance Suppression Measure for MMC-HVDC Considering Frequency Coupling Effect

Resonance Interaction Analysis for Hybrid AC-DC Distribution Network

Related Author

FENG Junjie

WANG Juanjuan

YE Baixian

WANG Xuemei

LIAO Fangqun

LIU Hang

ZHAI Yanfei

JIANG Haoyu

Related Institution

EHV Power Transmission Company of China Southern Power Grid Co., Ltd.

School of Electric Power, South China University of Technology

School of Electrical Engineering, Yanshan University

Qinhuangdao Power Supply Company of State Grid Jibei Electric Power Company Limited

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

⁰

Impedance Modeling and Mid- and High-frequency Resonance Characteristic Analysis for Flexible DC Converter with V/f Control

DOI：10.7500/AEPS20210719003

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references