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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2021年第4期7卷 821-831页

作者： Yang Liu Zehui Lin Kaishun Xiahou Yuqing Lin Q.H.Wu School of Electric Power Engineering South China University of TechnologyGuangzhou 510640China

This paper proposes an equivalent Hamiltonian equations model for the modular multilevel converter-based high-voltage direct-current(mmc-hvdc)transmission system,and constructs an energy function for multi-machine power systems with mmc-hvdc transmission *** equivalent Hamiltonian equations model is verified to be able to track the power output dynamics of the full model of an mmc-hvdc transmission *** theoretical and numerical studies have been undertaken to validate that the energy function proposed for hybrid AC/DC systems satisfies the conditions of an energy *** work of this paper bridges the gap between the well-developed direct methods of transient stability analysis and power systems with mmc-hvdc transmission lines.

关键词： Energy function equivalent Hamiltonian equations model hybrid AC/DC power system mmc-hvdc transient stability

Transient Current Estimation of mmc-hvdc Systems Under a Grid-converter Phase Difference

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2021年第4期7卷 730-743页

作者： Yushuang Liu Meng Huang Xiaoming Zha Herbert Ho-Ching Iu School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhanChina School of Electrical Electronic and Computer EngineeringThe University of Western AustraliaWestern AustraliaAustralia

When a modular multilevel converter based high voltage direct current(mmc-hvdc)system operates under grid faults,there will be a phase difference between the grid voltage and the converter *** can be caused by grid voltage phase shifting and the integration effect of the phase-locked loop(PLL)in the *** system may exhibit an undesirable transient process with expanded current which is harmful for the converter *** this paper,a transient current estimation method is proposed for the scenario of converter-grid phase difference caused by the frequency shifting of the grid side.A piecewise phase calculation model is established to determine the transient phase difference of the ***,according to the maximum phase difference calculated by the model,the system stability is assessed and the maximum value of system transient current can be estimated after comparing the maximum phase difference with the critical phase difference and π,Finally,the current estimation results are verified by detailed circuit simulations of a 21-level mmc-hvdc system built in PSCAD.

关键词： Index Terms-Frequency disturbance phase difference mmc-hvdc stability analysis transient current

Impedance Analysis Considering Unstable Subsystem Poles for mmc-hvdc-based Wind Farm Integration System

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2022年第2期8卷 634-639页

作者： Ke Ji Hui Pang Shan Liu Guangfu Tang China Electric Power Research Institute Beijing100192China Global Energy Interconnection Research Institute Beijing 102211China

Employing the AC/DC impedance analysis method,extensive research has been conducted on issues pertaining to harmonic resonance observed in wind farm-connected mmchvdc systems over the past 5 *** general,this method divides the studied system into two subsystems at AC and DC ***,the impedance produced by these subsystems can be used to determine the system stability by implementing Nyquist criterion or generalized Nyquist stability ***,the existing impedance analysis methods usually assume the subsystems to be stable and disregard certain special cases with potentially unstable subsystems,where the unstable poles of these subsystems must be evaluated before applying Nyquist *** view of this consideration,a simplified method for identifying unstable subsystem poles is presented in this ***,the shortcoming of existing impedance analyses is rectified by considering the unstable subsystem *** proposed method and the stability analyses are validated by the electromagnetic transient simulation performed in PSCAD/EMTDC.

关键词： AC/DC side impedance method harmonic resonance mmc-hvdc small-signal stability wind farm

Modeling of High-frequency Electromagnetic Oscillation for DC Fault in mmc-hvdc Systems

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2023年第3期9卷 1151-1160页

作者： Hong Shen Zhonghao Dongye Lei Qi Muxue Wang Xiangyu Zhang Peng Qiu Xiaoguang Wei State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources North China Electric Power UniversityBeijing 102206China Electric Power Research Institute State Grid Zhejiang Electric Power CompanyHangzhou 310014China State Key Laboratory of Advanced Power Transmission Technology Global Energy Interconnection Research Institute Co.Ltd.Beijing 102209China

DC short-circuit faults pose a hazard to the operation of a modular multilevel converter(mmc)-based high voltage direct current(hvdc)system,necessitating reliable fault clearing solutions with rapid ***,because the parasitic capacitances of the main equipment oscillate with the lumped inductances of the hvdc system,strong electromagnetic oscillations with multiple frequencies occur during clearance *** oscillations will disturb the hvdc system’s protection and control ***,this paper focuses on the modeling of these ***,an equivalent circuit for the mmc-based hvdc system is proposed,taking into account the parasitic capacitances of the system’s major components,such as DC reactors,connecting cables,and DC circuit breakers(DCCBs).Second,four distinct oscillation stages are postulated based on action coordination of mmcs and DCCBs,and the associated analytical equations for the oscillation frequencies are ***,a 200 kV mmc-based DC converter station is subjected to an 6ms/6kA pole-to-pole(PTP)short-circuit *** oscillations have a frequency range of several kHz to several hundreds of *** measured waveforms correspond well with simulated results,including the parasitic ***,the relative errors between the simulated and measured frequencies are less than 5%.

关键词： DC short-circuit fault electromagnetic oscillation mmc-hvdc parasitic parameter wide-band model

mmc-hvdc系统直流侧故障暂态特性分析

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电网技术 2016年第1期40卷 40-46页

作者：杨海倩王玮荆龙吴学智国家能源主动配电网研发中心北京市海淀区100044

近年来,国内外对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)的研究主要集中于系统建模仿真、控制系统设计等方面。对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltagedirect cur... 详细信息

近年来,国内外对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)的研究主要集中于系统建模仿真、控制系统设计等方面。对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltagedirect current system,mmc-hvdc)直流线路故障的研究也仅是在简单的故障定性仿真分析上。为了比较精确地定量分析mmc-hvdc系统直流侧故障瞬间电气应力的暂态特性、短路故障状态下的等值电路模型,分析了系统直流侧故障的机理,给出了故障电压、电流的数学表达式。基于RT-LAB软件搭建了双端mmc-hvdc仿真模型,验证了故障暂态特性分析的结果,单极接地故障使得直流非故障极的对地电压与换流站交流侧的相电压增大;双极短路故障会引起换流站的桥臂产生严重的过电流现象;单极断线故障会导致整流站很大的直流电压变化率,引起严重直流过电压。针对上述问题,文章结合分析结果给出了相应的故障保护要求和策略。

关键词： mmc-hvdc 直流侧故障暂态特性分析等值电路模型故障保护策略

mmc-hvdc系统换流器桥臂短路故障暂态特性分析

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电力自动化设备 2020年第5期40卷 180-187页

作者：张芳杜雪靓陈堃天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院湖北武汉430077

桥臂短路故障是模块化多电平换流器型高压直流输电(mmc-hvdc)系统中的严重故障。在换流器不闭锁和闭锁这2种情况下对桥臂短路故障的暂态特性进行分析:针对换流器不闭锁的情况,对两端换流器的桥臂电气量暂态特性进行较为全面的阐述,重点... 详细信息

桥臂短路故障是模块化多电平换流器型高压直流输电(mmc-hvdc)系统中的严重故障。在换流器不闭锁和闭锁这2种情况下对桥臂短路故障的暂态特性进行分析:针对换流器不闭锁的情况,对两端换流器的桥臂电气量暂态特性进行较为全面的阐述,重点分析了桥臂短路电流的组成;针对换流器的闭锁情况,建立了桥臂短路电流通路的电路模型,推导了桥臂短路电流的解析表达式,分析了系统交直流侧电压电流的动态变化过程并给出了桥臂短路故障的保护配置方案。基于PSCAD/EMTDC搭建双端mmc-hvdc仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和保护配置的有效性。对桥臂短路故障暂态特性进行分析可为mmchvdc系统换流器保护区的保护配置方案提供参考。

关键词： mmc-hvdc 故障分析桥臂短路换流器闭锁暂态特性

mmc-hvdc功率硬件在环仿真的SDIM-ITM接口算法与延时补偿

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电力系统保护与控制 2019年第3期47卷 56-63页

作者：李国庆王一捷熊毅东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012 北京京西燃气热电有限公司北京100041

针对功率接口硬件延时影响mmc-hvdc功率硬件在环仿真精确性问题,设计了一个模拟一阶RC高通滤波器的相位超前校正单元进行延时补偿。mmc采用戴维南等效电路模型,以便于计算SDIM接口中的实时阻尼阻抗和降低数字仿真计算量。mmc-hvdc功率... 详细信息

针对功率接口硬件延时影响mmc-hvdc功率硬件在环仿真精确性问题,设计了一个模拟一阶RC高通滤波器的相位超前校正单元进行延时补偿。mmc采用戴维南等效电路模型,以便于计算SDIM接口中的实时阻尼阻抗和降低数字仿真计算量。mmc-hvdc功率硬件在环仿真采用SDIM-ITM接口,其中ITM接口作为驱动环节,SDIM接口作为观测环节,在运行点变化和故障条件下呈现出较高的稳定性和精确性。但接口延时(或功放延时)对物理侧仿真精度影响较大。故通过所设计的相位超前校正单元对激励功放的交流电压信号进行相位补偿,以进一步提高物理侧仿真精度。仿真结果验证了该延时补偿方法的有效性。

关键词： mmc-hvdc 功率硬件在环 SDIM-ITM接口仿真精确性延时补偿

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mmc-hvdc的二阶线性自抗扰控制策略

电力自动化设备 2017年第11期37卷 92-98页

作者：张芳张光耀李传栋天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 国网福建省电力有限公司电力科学研究院福建福州350007

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(mmc-hvdc)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,... 详细信息

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(mmc-hvdc)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了mmc-hvdc的二阶线性自抗扰控制策略。设计了mmchvdc的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平mmc-hvdc的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。

关键词： mmc-hvdc 高压直流输电线性自抗扰控制器电容电压平衡控制算法

mmc-hvdc系统直流侧非金属性短路故障电流计算方法

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电力自动化设备 2024年第3期44卷 187-194页

作者：王卓雅郝亮亮王乐和敬涵陈争光北京交通大学电气工程学院北京100044 国家电网有限公司北京100031

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(mmc-hvdc)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了mmc-hvdc系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并... 详细信息

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(mmc-hvdc)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了mmc-hvdc系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并基于所推导的解析表达式提出了故障电流的解耦计算方法。基于PSCAD/EMTDC对mmc-hvdc系统发生非金属性短路故障工况进行仿真分析,将仿真结果与解析计算值进行对比验证。搭建数字-物理混合仿真实验模型,在数字端和物理端分别设置短路故障,对比实验值与解析计算值。验证结果表明,所提故障电流计算方法能准确地表征mmc-hvdc系统直流侧非金属性短路故障电流的演变趋势。

关键词：模块化多电平换流器 mmc-hvdc 故障电流计算故障特性耦合机理非金属性故障

mmc-hvdc子模块高频脉冲产生机理分析及保护策略研究

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高电压技术 2023年第9期49卷 3977-3987页

作者：郭贤珊王庆陈争光韩坤司志磊国家电网有限公司北京100031 许继电气股份有限公司许昌461000

mmc-hvdc工程中子模块数众多,工程中普遍采用最近电平逼近(nearest level modulation,NLM)调制算法,结合桥臂电流方向和子模块电压的大小进行均压排序。基于现有调制均压策略在工程实施过程中不可避免的会产生子模块高开关频率甚至超高... 详细信息

mmc-hvdc工程中子模块数众多,工程中普遍采用最近电平逼近(nearest level modulation,NLM)调制算法,结合桥臂电流方向和子模块电压的大小进行均压排序。基于现有调制均压策略在工程实施过程中不可避免的会产生子模块高开关频率甚至超高开关频率现象。首先分析了工程中高频现象及产生机理,以及高频对换流阀子模块驱动器、功率器件损耗、结温和二极管反向恢复特性影响;然后结合功率器件高频耐受能力及保护的可靠性提出两段式反时限子模块高频保护策略;建立了保护定值整定方法及依据。仿真验证了策略的有效性并开展了保护策略功能测试。该策略具有良好的实时性与可靠性,对系统正常运行无影响,可应用于在运mmc-hvdc工程可靠性提升。

关键词： mmc-hvdc 最近电平逼近均压排序子模块高频脉冲两段式反时限高频保护策略