Identification Method for Equivalent Impedance of AC Power Grid Connected to MMC-HVDC System Based on Reactive Power Injection

HAO Xiaoyu; GUO Chunyi; JIANG Wen; PENG Maolan; LIN Xin

doi:10.7500/AEPS20220616002

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Identification Method for Equivalent Impedance of AC Power Grid Connected to MMC-HVDC System Based on Reactive Power Injection

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

- Identification Method for Equivalent Impedance of AC Power Grid Connected to MMC-HVDC System Based on Reactive Power Injection
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 9, Pages: 184-192(2023)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),北京市 102206
  2.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心,广东省广州市 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51877077)
- DOI：10.7500/AEPS20220616002
  CLC：
- Received：16 June 2022，
  
  Revised：2022-10-16，
  
  Published Online：20 February 2023，
  
  Published：10 May 2023
- 稿件说明：
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郝晓宇,郭春义,蒋雯等.基于无功功率注入的MMC-HVDC交流电网等值阻抗识别方法[J].电力系统自动化,2023,47(9):184-192.

HAO Xiaoyu,GUO Chunyi,JIANG Wen,et al.Identification Method for Equivalent Impedance of AC Power Grid Connected to MMC-HVDC System Based on Reactive Power Injection[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(9):184-192.
郝晓宇,郭春义,蒋雯等.基于无功功率注入的MMC-HVDC交流电网等值阻抗识别方法[J].电力系统自动化,2023,47(9):184-192. DOI： 10.7500/AEPS20220616002.

HAO Xiaoyu,GUO Chunyi,JIANG Wen,et al.Identification Method for Equivalent Impedance of AC Power Grid Connected to MMC-HVDC System Based on Reactive Power Injection[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(9):184-192. DOI： 10.7500/AEPS20220616002.

摘要

交流电网等值阻抗反映了交流系统的强度，系统强度降低会给模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统的稳定运行带来不利影响。为规避高阻抗/低强度给交直流系统带来的安全运行风险，实现复杂多变电网等值阻抗的迅速准确检测，文中以包含双端模块化多电平换流器的交直流系统为研究对象，提出了一种基于无功功率扰动注入的交流电网等值阻抗在线识别方法。首先，从理论角度介绍了无功扰动注入的阻抗识别原理，分析了交流电网电阻大小以及测量表计误差对阻抗识别精度的影响，构建了基于交流母线电压信息的阻抗识别精度评价指标。然后，基于此指标提出了无功功率扰动注入量的设计原则以及基于识别精度约束的交流电网等值阻抗在线识别方法。最后，通过仿真进行验证，证明了所提方法的可行性以及阻抗识别精度的可控性。

Abstract

The equivalent impedance of the AC power grid reflects the strength of the AC system

and the reduction of the system strength will adversely affect the stable operation of the modular multilevel converter based high voltage direct current (MMC-HVDC) transmission system. In order to effectively avoid the safe operation risk of the AC/DC systems brought by high impedance/low strength and realize the rapid and accurate detection of the equivalent impedance of complex and changeable power grids

this paper proposes an online identification method of the equivalent impedance based on reactive power disturbance injection for the AC power grid with modular multilevel converters at both ends. First

the principle of impedance identification with reactive power injection is described from the theoretical perspective

and the influence of the resistance and measurement meter error on the impedance identification accuracy is analyzed. Then

an evaluation index for impedance identification accuracy based on AC bus voltage information is established. Based on this index

this paper proposes the principle to design the volume of reactive power disturbance injection and the online identification method for the equivalent impedance of the AC power grid based on the identification accuracy constraint. Finally

the feasibility of the proposed method and the controllability of the impedance identification accuracy are verified by simulation.

关键词

Keywords

references

周泓宇，李培平，姚伟，等 . 抑制直流后续换相失败的电化学储能有功控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 70 - 79 .

ZHOU Hongyu ， LI Peiping ， YAO Wei ， et al . Active power control strategy of electrochemical energy storage for mitigating subsequent DC commutation failures ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 70 - 79 .

陈幸伟 . 基于强直弱交受端电网的直流紧急功率控制研究［D］. 郑州：郑州大学， 2021 .

CHEN Xingwei . Research on DC emergency power control based on strong DC and weak AC in receiving end power grid ［D］. Zhengzhou ： Zhengzhou University ， 2021 .

程成，谢少军，谭玲娟，等 . 跟网型逆变器的非线性模型及稳定性分析方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 6 ）： 137 - 143 .

CHENG Cheng ， XIE Shaojun ， TAN Lingjuan ， et al . Nonlinear model and stability analysis method for grid-following inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 137 - 143 .

付强，杜文娟，王海风，等 . 多端柔性直流输电中换流站的同步切换控制策略［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 4 ）： 1241 - 1251 .

FU Qiang ， DU Wenjuan ， WANG Haifeng ， et al . Synchronous switching control strategy for VSC station in MTDC network ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 4 ）： 1241 - 1251 .

王燕宁，郭春义，杨硕，等 . MMC系统稳定裕度随内环电流控制带宽的非单调变化特性及机理分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 10 ）： 3538 - 3548 .

WANG Yanning ， GUO Chunyi ， YANG Shuo ， et al . Non-monotonic characteristics of stability margin of MMC system with the change of inner loop current control bandwidth and its mechanism analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 10 ）： 3538 - 3548 .

ASIMINOAEI L ， TEODORESCU R ， BLAABJERG F ， et al . A digital controlled PV-inverter with grid impedance estimation for ENS detection ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2005 ， 20 （ 6 ）： 1480 - 1490 .

PETRELLA R ， REVELANT A ， STOCCO P . Advances on inter-harmonic variable-frequency injection-based grid-impedance estimation methods suitable for PV inverters ［C］// 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 20-24 ， 2009 ， San Jose， USA ： 1173 - 1179 .

吴学智，梁建钢，童亦斌，等 . 基于复数滤波器和非特征次谐波注入的电网阻抗估算方法［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 10 ）： 2796 - 2801 .

WU Xuezhi ， LIANG Jiangang ， TONG Yibin ， et al . Research on method of grid impedance estimation by complex filters based initiative harmonic injection ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 10 ）： 2796 - 2801 .

刘桂花，马田源，石桐，等 . 双谐波注入的弱电网阻抗在线检测方法［J］. 哈尔滨工业大学学报， 2016 ， 48 （ 9 ）： 132 - 139 .

LIU Guihua ， MA Tianyuan ， SHI Tong ， et al . On line detection of weak grid impedance with dual harmonic current injection ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2016 ， 48 （ 9 ）： 132 - 139 .

杨莹 . 分布式发电系统中基于并网逆变器的电网阻抗检测研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2018 .

YANG Ying . Research on grid impedance detection of grid connection inverter in distributed generation system ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2018 .

李炎 . 基于阻抗检测的并网逆变器自适应控制［D］. 徐州：中国矿业大学， 2018 .

LI Yan . Adaptive control of grid connected inverter based on impedance detection ［D］. Xuzhou ： China University of Mining and Technology ， 2018 .

CIOBOTARU M ， TEODORESCU R ， RODRIGUEZ P ， et al . Online grid impedance estimation for single-phase grid-connected systems using PQ variations ［C］// 2007 IEEE Power Electronics Specialists Conference ， June 17-21 ， 2007 ， Orlando， USA ： 2306 - 2312 .

CHOI D K ， KANG D H ， LEE K B . A novel gain scheduling method for distributed power generation systems with a LCL-filter by estimating grid impedance ［C］// 2010 IEEE International Symposium on Industrial Electronics ， July 4-7 ， 2010 ， Bari， Italy ： 3438 - 3443 .

叶平峰，韩学山，于一潇，等 . 电网PQ扰动分解的戴维南等值［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3239 - 3250 .

YE Pingfeng ， HAN Xueshan ， YU Yixiao ， et al . P-Q disturbance decoupled thevenin equivalent for power grids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3239 - 3250 .

谢少军，季林，许津铭 . 并网逆变器电网阻抗检测技术综述［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 2 ）： 320 - 326 .

XIE Shaojun ， JI Lin ， XU Jinming . Review of grid impedance estimation for gird-connected inverter ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 2 ）： 320 - 326 .

胡国珍，段善旭，陈昌松，等 . 弱电网下储能电池能量回馈系统自适应并网控制策略［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 1 ）： 84 - 89 .

HU Guozhen ， DUAN Shanxu ， CHEN Changsong ， et al . An adaptive grid-connected control strategy for energy feedback system in weak grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 1 ）： 84 - 89 .

叶杰，汤广福，赵成勇 . 基于电网阻抗识别的谐波控制器调度策略［J］. 华中科技大学学报（自然科学版）， 2021 ， 49 （ 5 ）： 26 - 31 .

YE Jie ， TANG Guangfu ， ZHAO Chengyong . Harmonic controller scheduling strategy based on power network impedance identification ［J］. Journal of Huazhong University of Science and Technology （Natural Science Edition）， 2021 ， 49 （ 5 ）： 26 - 31 .

CIOBOTARU M ， AGELIDIS V ， TEODORESCU R . Line impedance estimation using model based identification technique ［C］// Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications ， August 30-September 1 ， 2011 ， Birmingham， UK ： 1 - 9 .

常鲜戎，赵书强 . 电力系统暂态过程［M］. 北京：机械工业出版社， 2010 .

CHANG Xianrong ， ZHAO Shuqiang . Transient process of power system ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2010 .

陈珩 . 电力系统稳态分析［M］. 4版 . 北京：中国电力出版社， 2015 .

CHEN Heng . Steady state analysis of power systems ［M］. 4th ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2015 .

肖湘宁 . 电能质量分析与控制［M］. 北京：中国电力出版社， 2010 .

XIAO Xiangning . Power quality analysis and control ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2010 .

于琳，孙华东，徐式蕴，等 . 电力电子设备接入电压支撑强度量化评估指标综述［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 499 - 515 .

YU Lin ， SUN Huadong ， XU Shiyun ， et al . Overview of strength quantification indexes of power system with power electronic equipment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 499 - 515 .

郎凯 . 500 kV输电线路工频参数的测量与计算［D］. 北京：华北电力大学， 2013 .

LANG Kai . The measurement and calculation of the power frequency parameters of 500 kV transmission lines ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2013 .

白惠珍 . 电路理论基础［M］. 北京：中国科学技术出版社， 2001 .

BAI Huizhen . Circuit theory basis ［M］. Beijing ： China Press of Science and Technology ， 2001 .

曲岩 . 基于DDS的电压监测仪校验装置的研究与设计［D］. 沈阳：东北大学， 2014 .

QU Yan . The research and design of the voltage monitor device based on DDS technology ［D］. Shenyang ： Northeastern University ， 2014 .

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