Application Analysis of Single-loop Voltage Control Strategy in Zhangbei Flexible DC Project of China

MA Xiuda; WEN Jifeng; YAN Wei; LU Yu; WANG Nannan; ZOU Qiang; LYU Rundong; WANG Chao

doi:10.7500/AEPS20240606004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Application Analysis of Single-loop Voltage Control Strategy in Zhangbei Flexible DC Project of China

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

- Application Analysis of Single-loop Voltage Control Strategy in Zhangbei Flexible DC Project of China
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 2, Pages: 198-207(2025)
- 作者机构：
  
  南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5100-202255354A-2-0-YS)
- DOI：10.7500/AEPS20240606004
  CLC：
- Received：06 June 2024，
  
  Revised：2024-08-28，
  
  Published Online：15 November 2024，
  
  Published：25 January 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
马秀达,文继锋,严伟等.张北柔性直流工程电压单环控制策略应用分析[J].电力系统自动化,2025,49(2):198-207.

MA Xiuda,WEN Jifeng,YAN Wei,et al.Application Analysis of Single-loop Voltage Control Strategy in Zhangbei Flexible DC Project of China[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):198-207.
马秀达,文继锋,严伟等.张北柔性直流工程电压单环控制策略应用分析[J].电力系统自动化,2025,49(2):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20240606004.

MA Xiuda,WEN Jifeng,YAN Wei,et al.Application Analysis of Single-loop Voltage Control Strategy in Zhangbei Flexible DC Project of China[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20240606004.

摘要

在张北柔性直流工程调试和投运初期，送端孤岛换流站出现了多次600~3 900 Hz频段的高频振荡现象。文中简述了采用双环控制策略的柔性直流换流站振荡机理，确定了高频振荡负阻尼来源于控制链路延时和电流控制环节。将电压单环控制策略应用于孤岛换流站，取消了电流控制环节，建立了考虑一次主电路动态过程和电压单环控制策略的柔性直流换流器阻抗数学模型，基于简化模型推导了电压单环控制的高频特征。采用直接限幅策略以实现快速准确暂态故障电流抑制，给出了控制切换判据以及暂态电流演变规律。所提出的控制策略在张北柔性直流工程得到了试验验证并实现长期稳定运行，解决了工程现场全工况高频振荡问题。

Abstract

At the initial stage of the commissioning and operation of Zhangbei flexible DC project of China

the high-frequency oscillation from 600 Hz to 3 900 Hz in the converter station at the sending end occurred many times. This paper briefly describes the oscillation mechanism of the flexible DC converter station using the dual-loop control strategy and determines that the negative damping of high-frequency oscillation comes from the delay of the control link and the current control link. The single-loop control strategy is applied to the islanded converter station

and the current control link is eliminated. A mathematical model of the impedance of the flexible DC converter considering the dynamic process of the primary circuit and the single-loop control strategy is established. Based on the simplified model

the characteristic of single-loop voltage control in the high-frequency range is deduced. The direct amplitude limiting scheme is adopted to achieve fast and accurate suppression of the transient fault current

and the control switching criteria and transient current evolution laws are provided. The proposed control strategy has been validated through field tests and long-term stable operation in Zhangbei flexible DC project

which solves the problem of high-frequency oscillation under all operating conditions on the engineering site.

关键词

Keywords

references

International Energy Agency （IEA） . Renewables 2023 ［EB/OL］. ［ 2024-03-20 ］. https：//iea.blob.core.windows.net/assets/96d66a8b-d502-476b-ba94-54ffda84cf72/Renewables_2023.pdf https://iea.blob.core.windows.net/assets/96d66a8b-d502-476b-ba94-54ffda84cf72/Renewables_2023.pdf .

马富艺龙，辛焕海，刘晨曦，等 . 新能源基地柔性直流送出系统小扰动电压支撑强度评估［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 21 ）： 5758 - 5770 .

MA Fuyilong ， XIN Huanhai ， LIU Chenxi ， et al . Small-disturbance system voltage support strength assessment method for renewables VSC-HVDC delivery system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 21 ）： 5758 - 5770 .

江守其，徐亚男，李国庆，等 . 提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 194 - 201 .

JIANG Shouqi ， XU Yanan ， LI Guoqing ， et al . Coordinated control strategy for improving frequency stability of MMC-HVDC connecting offshore wind power ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 194 - 201 .

刘宇昂，戴志辉，杨明玉，等 . 柔性直流电网故障电流复合抑制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 11 ）： 93 - 101 .

LIU Yuang ， DAI Zhihui ， YANG Mingyu ， et al . Composite fault-current suppression strategy for flexible DC grids ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 11 ）： 93 - 101 .

姜崇学，马秀达，邹强，等 . 柔性直流输电系统的高频谐波保护方法与工程实践［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 150 - 158 .

JIANG Chongxue ， MA Xiuda ， ZOU Qiang ， et al . High-frequency harmonic protection methods and engineering practice for flexible DC transmission systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 150 - 158 .

高磊，吕敬，蔡旭 . 如东海上风电柔直送出系统的中频振荡特性分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 9 ）： 3495 - 3509 .

GAO Lei ， LÜ Jing ， CAI Xu . Analysis of mid-frequency oscillation characteristics in Rudong MMC-HVDC system for offshore wind farms ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 3495 - 3509 .

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

SUN J . Impedance-based stability criterion for grid-connected inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2011 ， 26 （ 11 ）： 3075 - 3078 .

KWON J ， WANG X F ， BLAABJERG F ， et al . Harmonic interaction analysis in a grid-connected converter using harmonic state-space （HSS） modeling ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 9 ）： 6823 - 6835 .

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

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 - 4820 .

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 - 4820 .

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 .

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 Juanjuan ， 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 .

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 .

王洪耀，张英敏，廖建权，等 . 基于阻抗灵敏度分析的柔直并网系统中高频谐振抑制策略［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 10 ）： 4311 - 4322 .

WANG Hongyao ， ZHANG Yingmin ， LIAO Jianquan ， et al . Medium-and high-frequency resonance suppression strategy in flexible direct grid connected system based on impedance sensitivity analysis ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 4311 - 4322 .

张兴 . PWM整流器及其控制策略的研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2003 .

ZHANG Xing . Research on PWM rectifier and its control strategy ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2003 .

管敏渊，徐政 . MMC型柔性直流输电系统无源网络供电的直接电压控制［J］. 电力自动化设备， 2012 ， 32 （ 12 ）： 1 - 5 .

GUAN Minyuan ， XU Zheng . Direct voltage control of MMC-based VSC-HVDC system for passive networks ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2012 ， 32 （ 12 ）： 1 - 5 .

郭贤珊，李云丰，厉璇 . 柔性直流换流站供电无源交流线路电压单环控制策略研究［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 2 ）： 879 - 889 .

GUO Xianshan ， LI Yunfeng ， LI Xuan . Control strategy of flexible HVDC station supplying passive AC line under single voltage control loop ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 879 - 889 .

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 .

JOVCIC D ， JAMSHIDI FAR A . Phasor model of modular multilevel converter with circulating current suppression control ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 1889 - 1897 .

喻悦箫，刘天琪，王顺亮，等 . 基于平均值模型的双端MMC-HVDC系统小信号建模［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2999 - 3006 .

YU Yuexiao ， LIU Tianqi ， WANG Shunliang ， et al . Small signal modeling of two-terminal MMC-HVDC based on AVM model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2999 - 3006 .

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 .

柔性直流输电系统性能第2部分：暂态： GB/T 37015.2—2018 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2018 .

Performance of high-voltage direct current power transmission system using voltage sourced converters （V SC-HVDC ）： Part 2： Transient-state： GB/T 37015.2—2018 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2018 .

LI Z L ， CHAN K W ， HU J F ， et al . An adaptive fault ride-through scheme for grid-forming inverters under asymmetrical grid faults ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2022 ， 69 （ 12 ）： 12912 - 12923 .

马秀达，卢宇，田杰，等 . 柔性直流输电系统的构网型控制关键技术与挑战［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 1 - 11 .

MA Xiuda ， LU Yu ， TIAN Jie ， et al . Key technologies and challenges of grid-forming control for flexible DC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 1 - 11 .

徐政，屠卿瑞，管敏渊，等 . 柔性直流输电系统［M］. 北京：机械工业出版社， 2013 ： 397 - 398 .

XU Zheng ， TU Qingrui ， GUAN Minyuan ， et al . Flexible DC transmission system ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2013 ： 397 - 398 .

胡寿松 . 自动控制原理基础教程［M］. 4版 . 北京：科学出版社， 2017 .

HU Shousong . Basic course of automatic control principle ［M］. 4th ed . Beijing ： Science Press ， 2017 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

High-frequency Harmonic Protection Methods and Engineering Practice for Flexible DC Transmission Systems

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

Analysis on High-frequency Oscillation Mechanism for MMC-HVDC System Considering Influence of Time Delay

Related Author

JIANG Chongxue

MA Xiuda

XU Ying

LU Yajun

CHENG Xiao

LI Guanqun

YE Hua

BIN Zijun

Related Institution

State Grid Economic and Technological Research Institute Co., Ltd.

School of Electrical Engineering, Shandong University

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

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

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

⁰