High-frequency Oscillation Mechanism Analysis of <italic style="font-style: italic">V</italic>/<italic style="font-style: italic">f</italic> Controlled Modular Multilevel Converter Charging with Converter Transformer Under No-load Condition

LI Guanqun; YE Hua; BIN Zijun

doi:10.7500/AEPS20220815003

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High-frequency Oscillation Mechanism Analysis of V/f Controlled Modular Multilevel Converter Charging with Converter Transformer Under No-load Condition

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- High-frequency Oscillation Mechanism Analysis of V/f Controlled Modular Multilevel Converter Charging with Converter Transformer Under No-load Condition
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 11, Pages: 50-59(2023)
- 作者机构：
  
  1.山东大学电气工程学院，山东省济南市 250061
  2.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏省南京市 211103
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077126);Taishan Scholars Program
- DOI：10.7500/AEPS20220815003
  CLC：
- Received：15 August 2022，
  
  Revised：2023-01-27，
  
  Published Online：20 April 2023，
  
  Published：10 June 2023
- 稿件说明：
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李冠群,叶华,宾子君.V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理分析[J].电力系统自动化,2023,47(11):50-59.

LI Guanqun,YE Hua,BIN Zijun.High-frequency Oscillation Mechanism Analysis of V/f Controlled Modular Multilevel Converter Charging with Converter Transformer Under No-load Condition[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):50-59.
李冠群,叶华,宾子君.V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理分析[J].电力系统自动化,2023,47(11):50-59. DOI： 10.7500/AEPS20220815003.

LI Guanqun,YE Hua,BIN Zijun.High-frequency Oscillation Mechanism Analysis of V/f Controlled Modular Multilevel Converter Charging with Converter Transformer Under No-load Condition[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):50-59. DOI： 10.7500/AEPS20220815003.

摘要

风电经柔性直流输电并网系统中，

控制的模块化多电平换流器(MMC)带换流变压器空载充电时可能发生高频振荡，换流变压器动态和MMC控制环节动态对系统高频振荡有较大影响。文中研究

控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理，分析交流电路参数和MMC控制参数对系统高频小干扰稳定性的影响。首先，建立考虑换流变压器杂散电容的送端MMC换流站谐波状态空间模型，通过分析换流变压器杂散电容变化时的特征值轨迹，并与时域仿真结果进行对比，说明高频小干扰稳定性分析中考虑杂散电容的必要性。然后，对MMC带换流变压器空载充电时的高频振荡模式进行参与因子分析，确定参与程度较高的状态变量和关键环节，建立适用于高频小干扰稳定性分析的降阶模型，并利用阻抗特性分析揭示系统发生高频振荡的机理。最后，通过计算系统特征值轨迹，分析交流电路参数和MMC控制参数对系统高频小干扰稳定性的影响，利用电磁暂态仿真验证了分析结果的正确性。

Abstract

In the flexible DC transmission system for wind farm integration

high-frequency oscillation may occur when

controlled modular multilevel converter (MMC) charges with the converter transformer under the no-load condition. The dynamics of the converter transformer and the MMC control links have significant influences on the high-frequency oscillation of the system. This paper studies the high-frequency oscillation mechanism when

controlled MMC charges with the converter transformer under the no-load condition

and analyzes the influences of parameters of the AC circuit and MMC control on the high-frequency small-signal stability of the system. First

the harmonic state space (HSS) model of a sending-end MMC station considering converter transformer stray capacitance is established. By analyzing the eigenvalue locus with varying converter transformer stray capacitance and comparing it with the time-domain simulation results

the necessity to consider the stray capacitance in the high-frequency small-signal stability analysis is revealed. Then

the participation factor analysis is carried out for the high-frequency oscillation modes when MMC charges with the converter transformer under the no-load condition. The state variables with high- degree participation and corresponding key links are determined. A reduced-order model suitable for the high-frequency small-signal stability analysis is also established. Besides

the mechanism of the high-frequency oscillation is revealed by the impedance characteristic analysis. Finally

the influences of parameters of the AC circuit and MMC control on the high-frequency small-signal stability are analyzed by calculating the eigenvalue locus of the system. The analysis results are validated by the electromagnetic transient simulation.

关键词

Keywords

references

YE H ， GAO S L ， LI G Q ， et al . Efficient estimation and characteristic analysis of short-circuit currents for MMC-MTDC grids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 1 ）： 258 - 269 .

YANG B ， LIU B Q ， ZHOU H Y ， et al . A critical survey of technologies of large offshore wind farm integration： summary， advances， and perspectives ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2022 ， 7 （ 1 ）： 17 .

LI G Q ， YE H ， Guanqun ， GAO S L ， et al . Modeling and simulation of large power system with inclusion of bipolar MTDC grid ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 116 ： 105565 .

李岩，邹常跃，饶宏，等 . 柔性直流与极端交流系统间的谐波谐振［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （增刊1 ）： 19 - 23 .

LI Yan ， ZOU Changyue ， RAO Hong ， et al . Resonance of VSC-HVDC with extreme AC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ Supplement 1 ）： 19 - 23 .

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 .

苑宾，厉璇，尹聪琦，等 . 孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 133 - 141 .

YUAN Bin ， LI Xuan ， YIN Congqi ， et al . Mechanism and suppression strategy of high-frequency oscillation caused by integration of islanded renewable energy station into MMC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 133 - 141 .

王泽昊，汪娟娟，刘岳坤，等 . 考虑频率耦合效应的柔性直流输电高频谐振抑制措施［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 18 ［ 2022-12-15 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221130.0848.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221130.0848.002.html .

WANG Zehao ， WANG Juanjuan ， LIU Yuekun ， et al . High-frequency resonance suppression measure for MMC-HVDC considering frequency coupling effect ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 18 ［ 2022-12-15 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221130.0848.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221130.0848.002.html .

郭春义，彭意，徐李清，等 . 考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 119 - 126 .

GUO Chunyi ， PENG Yi ， XU Liqing ， et al . Analysis on high-frequency oscillation mechanism for MMC-HVDC system considering influence of time delay ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 119 - 126 .

ZOU C Y ， RAO H ， XU S K ， 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 .

SAKINCI Ö C ， BEERTEN J . Generalized dynamic phasor modeling of the MMC for small-signal stability analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 991 - 1000 .

ZHU S ， QIN L ， LIU K P ， et al . Impedance modeling of modular multilevel converter in D-Q and modified sequence domains ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2022 ， 10 （ 4 ）： 4361 - 4382 .

尹嘉豪，吕敬，蔡旭 . 柔性直流输电系统高频谐振阻尼特性分析及自适应抑制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 22 ）： 90 - 100 .

YIN Jiahao ， LYU Jing ， CAI Xu . Damping characteristic analysis and adaptive suppression for high-frequency resonance of flexible DC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 22 ）： 90 - 100 .

XU Z G ， LI B B ， HAN L J ， et al . A complete HSS-based impedance model of MMC considering grid impedance coupling ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 12 ）： 12929 - 12948 .

NIAN H ， CHEN L ， XU Y Y ， et al . Sequences domain impedance modeling of three-phase grid-connected converter using harmonic transfer matrices ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 627 - 638 .

ZHU S ， LIU K P ， LIAO X B ， et al . D-Q frame impedance modeling of modular multilevel converter and its application in high-frequency resonance analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 1517 - 1530 .

黄方能，韦超，周剑，等 . 基于谐波状态空间模型的MMC系统高频振荡分析［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1967 - 1976 .

HUANG Fangneng ， WEI Chao ， ZHOU Jian ， et al . MMC system high frequency resonance based on harmonic state space model ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1967 - 1976 .

WANG F Z ， LIU K P ， ZHU S ， et al . High-frequency resonance analysis and stabilization control strategy of MMC based on eigenvalue method ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 16305 - 16315 .

DE RUA P ， BEERTEN J . Generalization of harmonic state-space framework to delayed periodic systems for stability analysis of the modular multilevel converter ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 4 ）： 2661 - 2672 .

杨诗琦，刘开培，秦亮，等 . MMC-HVDC高频振荡问题研究进展［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3485 - 3496 .

YANG Shiqi ， LIU Kaipei ， QIN Liang ， et al . Research progress of high frequency oscillation in MMC-HVDC ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3485 - 3496 .

李云丰，贺之渊，庞辉，等 . 柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略（一）：稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 17 ）： 5842 - 5856 .

LI Yunfeng ， HE Zhiyuan ， PANG Hui ， et al . High frequency stability analysis and suppression strategy of MMC-HVDC systems （Part Ⅰ）： stability analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 17 ）： 5842 - 5856 .

李云丰，贺之渊，孔明，等 . 柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略（二）：阻尼控制抑制策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 19 ）： 6601 - 6616 .

LI Yunfeng ， HE Zhiyuan ， KONG Ming ， et al . High frequency stability analysis and suppression strategy of MMC-HVDC systems （Part Ⅱ）： damping control suppression strategy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 19 ）： 6601 - 6616 .

LI Y F ， AN T ， ZHANG D ， et al . Analysis and suppression control of high frequency resonance for MMC-HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 3867 - 3881 .

ZHU S ， LIU K P ， LE J ， et al . Stability assessment of modular multilevel converters based on linear time-periodic theory： time-domain vs . frequency-domain ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 3980 - 3995 .

MOU Q Y ， YE H ， LIU Y T . Enabling highly efficient eigen-analysis of large delayed cyber-physical power systems by partial spectral discretization ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 35 （ 2 ）： 1499 - 1508 .

YANG H M ， JUST H ， EGGERS M ， et al . Linear time-periodic theory-based modeling and stability analysis of voltage-source converters ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 3 ）： 3517 - 3529 .

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Related Author

LI Guanqun

YIN Jiahao

LYU Jing

CAI Xu

Chunyi GUO

Yi PENG

Liqing XU

Shuo YANG

Related Institution

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion, Ministry of Education (Shanghai Jiao Tong University)

School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University

Electric Power Research Institute of State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd.

North China Electric Power Research Institute Co., Ltd.

State Grid Corporation of China

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