Resonance Interaction Analysis for Hybrid AC-DC Distribution Network

WANG Yingxin; XU Yonghai; TAO Shun; WANG Qing

doi:10.7500/AEPS20221004002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Resonance Interaction Analysis for Hybrid AC-DC Distribution Network

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Resonance Interaction Analysis for Hybrid AC-DC Distribution Network
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 7, Pages: 74-83(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.南方电网公司新型智慧城市高品质供电联合实验室(深圳供电局有限公司),广东省深圳市 518020
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  China Southern Power Grid Company Limited(090000KK52220014/SZKJXM20220021)
- DOI：10.7500/AEPS20221004002
  CLC：
- Received：04 October 2022，
  
  Revised：2022-12-16，
  
  Published Online：28 February 2023，
  
  Published：10 April 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
王莹鑫,徐永海,陶顺等.交直流混联配电网谐振交互作用分析[J].电力系统自动化,2023,47(7):74-83.

WANG Yingxin,XU Yonghai,TAO Shun,et al.Resonance Interaction Analysis for Hybrid AC-DC Distribution Network[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(7):74-83.
王莹鑫,徐永海,陶顺等.交直流混联配电网谐振交互作用分析[J].电力系统自动化,2023,47(7):74-83. DOI： 10.7500/AEPS20221004002.

WANG Yingxin,XU Yonghai,TAO Shun,et al.Resonance Interaction Analysis for Hybrid AC-DC Distribution Network[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(7):74-83. DOI： 10.7500/AEPS20221004002.

摘要

设备类型多样、拓扑结构复杂是交直流混联配电网的重要特征，传统方法通过对交直流侧子网等效建模进行谐振特性分析，不利于表征两侧子网间的交互作用。为此，提出了一种无须对子网进行等效的交直流混联配电网交互作用模型构建方法，可适用于两侧均为多节点分布的复杂电网，并通过分块矩阵体现交、直流侧节点电压与注入电流间的对应关系。基于该模型研究了两侧子网间的谐振交互作用机理，分析了谐振频率的交互规律和谐振幅值在两侧子网间、子网内部的谐振放大风险频域。最后，搭建了交直流混联配电网仿真模型，对所提方法和分析结论进行了验证，并从节点的谐振参与程度以及元件参数的敏感性方面给出了交互谐振抑制思路。

Abstract

Multiple equipment types and complex topology are important characteristics of hybrid AC-DC distribution networks. Traditional methods analyze the resonance characteristics by the equivalent modeling of AC-DC-side subnets

which is not conducive to characterizing the interaction between the subnets on both sides. Therefore

this paper proposes a method to build the interaction model of the hybrid AC-DC distribution network without the need of the equivalent of the subnets

which can be applied to complex power grids with multiple nodes on both sides

and reflect the corresponding relationship between node voltages and injected currents on both AC and DC sides through a block matrix. Based on this model

the mechanism of resonance interaction between subnets on both sides is studied

and the interaction rule of resonance frequency and the resonance amplification risk frequency domain between subnets on both sides and within the subnets are analyzed. Finally

a simulation model of hybrid AC-DC distribution network is built to verify the proposed method and analysis conclusions

and the resonance suppression idea is given from the resonance participation degree of nodes and the sensitivity of component parameters.

关键词

Keywords

references

朱琳，赵学深，郭力，等 . 计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 3 ）： 121 - 128 .

ZHU Lin ， ZHAO Xueshen ， GUO Li ， et al . Control parameter design of medium-voltage DC distribution system considering dynamic interaction between converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 121 - 128 .

郑重，苗世洪，李超，等 . 面向微型能源互联网接入的交直流配电网协同优化调度策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 1 ）： 192 - 207 .

ZHENG Zhong ， MIAO Shihong ， LI Chao ， et al . Coordinated optimal dispatching strategy of AC/DC distribution network for the integration of micro energy Internet ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 192 - 207 .

刘欣博，孙晓溪，宋晓通 . 带恒功率负载的交直流混合微电网系统大信号稳定性分析［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊1 ）： 115 - 125 .

LIU Xinbo ， SUN Xiaoxi ， SONG Xiaotong . Large-disturbance stability analysis of hybrid AC/DC microgrid with constant power loads ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ Supplement 1 ）： 115 - 125 .

梁营玉，王亚琴，任昳，等 . MMC-HVDC换流站交流侧联络线高灵敏度电流差动保护［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 22 ）： 163 - 172 .

LIANG Yingyu ， WANG Yaqin ， REN Yi ， et al . High-sensitivity current differential protection for AC-side tie line of MMC-HVDC converter station ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 22 ）： 163 - 172 .

朱晓荣，李铮，孟凡奇 . 基于不同网架结构的直流微电网稳定性分析［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 1 ）： 166 - 178 .

ZHU Xiaorong ， LI Zheng ， MENG Fanqi . Stability analysis of DC microgrid based on different grid structures ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 166 - 178 .

LI Y ， SHUAI Z K ， FANG J B ， et al . Small-signal stability analysis method for hybrid AC-DC systems with multiple DC buses ［J］. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems ， 2021 ， 11 （ 1 ）： 17 - 27 .

吴天昊，谢小荣，姜齐荣，等 . 考虑频率耦合及交直流端口耦合效应的并网变流器三端口导纳模型［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 249 - 261 .

WU Tianhao ， XIE Xiaorong ， JIANG Qirong ， et al . Three-port admittance modeling of grid-connected converters considering frequency-coupling and AC/DC coupling effects ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 249 - 261 .

杨向真，张徐进博，杜燕，等 . 考虑直流子网影响的交直流混合微电网谐振特性分析［J/OL］. 高电压技术： 1 - 15 ［ 2022-03-28 ］. https：//doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20211735 https://doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20211735 .

YANG Xiangzhen ， ZHANG Xujinbo ， DU Yan ， et al . Analysis of resonance characteristics of AC/DC hybrid microgrid considering the influence of DC subgrid ［J/OL］. High Voltage Engineering ： 1 - 15 ［ 2022-03-28 ］. https：//doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20211735 https://doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20211735 .

朱蜀，刘开培，李彧野，等 . 基于动态相量及传递函数矩阵的模块化多电平换流器交直流侧阻抗建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4791 - 4805 .

ZHU Shu ， LIU Kaipei ， LI Yuye ， et al . AC/DC-side impedance modeling method for modular multilevel converter based on dynamic phasors and transfer function matrix ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4791 - 4805 .

SHAH S ， PARSA L . Impedance modeling of three-phase voltage source converters in DQ， sequence， and phasor domains ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1139 - 1150 .

PEDRA J ， SAINZ L ， MONJO L . Three-port small signal admittance-based model of VSCs for studies of multi-terminal HVDC hybrid AC/DC transmission grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 732 - 743 .

ZHANG H T ， WANG X L ， MEHRABANKHOMARTASH M ， et al . Harmonic stability assessment of multiterminal DC （MTDC） systems based on the hybrid AC/DC admittance model and determinant-based GNC ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 1653 - 1665 .

LI Z Y ， HU H T ， TANG L ， et al . Quantitative severity assessment and sensitivity analysis under uncertainty for harmonic resonance amplification in power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 809 - 818 .

陈新，张旸，王赟程 . 基于阻抗分析法研究光伏并网逆变器与电网的动态交互影响［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 27 ）： 4559 - 4567 .

CHEN Xin ， ZHANG Yang ， WANG Yuncheng . A study of dynamic interaction between PV grid-connected inverters and grid based on the impedance analysis method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 27 ）： 4559 - 4567 .

年珩，杨军，陈亮，等 . 交直流混合供电系统直流侧阻抗建模及稳定性分析［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 10 ）： 3477 - 3490 .

NIAN Heng ， YANG Jun ， CHEN Liang ， et al . DC impedance modeling and stability analysis of AC/DC hybrid power supply system ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 10 ）： 3477 - 3490 .

王晋宁，王磊，韩肖清，等 . 基于谐波状态空间建模的变换器交直流谐波耦合特性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 4 ）： 159 - 167 .

WANG Jinning ， WANG Lei ， HAN Xiaoqing ， et al . Analysis on AC/DC harmonic coupling characteristics of converter based on harmonic state space modeling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 159 - 167 .

LU M H ， YANG Y H ， JOHNSON B ， et al . An interaction-admittance model for multi-inverter grid-connected systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 34 （ 8 ）： 7542 - 7557 .

李清，王拓，毛炽祖，等 . 计及直流控制特性的混合多馈入直流系统交互作用因子计算方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 8 ）： 3125 - 3133 .

LI Qing ， WANG Tuo ， MAO Chizu ， et al . Multi-infeed interaction factor calculation of hybrid multi-infeed HVDC system considering DC control characteristics ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 3125 - 3133 .

汪春江，孙建军，宫金武，等 . 并网逆变器与电网阻抗交互失稳机理及阻尼策略［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （增刊2 ）： 503 - 511 .

WANG Chunjiang ， SUN Jianjun ， GONG Jinwu ， et al . Mechanism and damping strategy of interactive instability between grid-connected inverter and grid impedance ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ Supplement 2 ）： 503 - 511 .

DENG W ， PEI W ， ZHUANG Y ， et al . Interaction behavior and stability analysis of low-voltage multi-terminal DC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 3555 - 3566 .

RADWAN A A A ， MOHAMED Y A R I . Assessment and mitigation of interaction dynamics in hybrid AC/DC distribution generation systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2012 ， 3 （ 3 ）： 1382 - 1393 .

郑凯元，杜文娟，王海风 . 动态单元间交互作用对直流微电网稳定性影响的分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 23 ）： 7963 - 7980 .

ZHENG Kaiyuan ， DU Wenjuan ， WANG Haifeng . Analysis on the stability of DC microgrid affected by interactions among dynamic components ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 23 ）： 7963 - 7980 .

林刚，李勇，王姿雅，等 . 低压直流配电系统谐振机理分析与有源抑制方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3358 - 3366 .

LIN Gang ， LI Yong ， WANG Ziya ， et al . Resonance mechanism analysis and its active damping suppression of LVDC distribution system ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3358 - 3366 .

王莹鑫，徐永海，陶顺，等 . 计及扰动源输出特性的直流配电网谐振分析方法［J/OL］. 电工技术学报： 1 - 18 ［ 2022-10-18 ］. https：//kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=DGJS20221017001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DGJS20221017001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ .

WANG Yingxin ， XU Yonghai ， TAO Shun ， et al . DC distribution system resonance characteristics analysis method considering the output characteristics of the perturbation source ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ： 1 - 18 ［ 2022-10-18 ］. https：//kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=DGJS20221017001&dbname=CJFD&dbcode=CJ FQ https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DGJS20221017001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ .

HUANG Z Y ， CUI Y ， XU W . Application of modal sensitivity for power system harmonic resonance analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2007 ， 22 （ 1 ）： 222 - 231 .

徐文远，张大海 . 基于模态分析的谐波谐振评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2005 ， 25 （ 22 ）： 89 - 93 .

XU Wilsun ， ZHANG Dahai . A modal analysis method for harmonic resonance assessment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2005 ， 25 （ 22 ）： 89 - 93 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

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

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

Improved Islanded Operation and Black-start Strategy of Offshore Wind Power Transmission System with Current Source Converter

Identification of Inside-wind-farm/Wind-farm-Grid Oscillation Modes for Wind Power Grid-connected System Combined Node Voltage and Branch Current

Related Author

JIANG Haoyu

QI Lei

SUN Xiaofeng

ZHAO Wei

LI Xin

ZHAI Yanfei

YE Baixian

WANG Xuemei

Related Institution

School of Electrical Engineering, Yanshan University

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

School of Electric Power, South China University of Technology

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

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

⁰