(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010085459.1
(22)申请日 2020.02.03
(71)申请人 国家电网有限公司
地址 100031 北京市西城区西长安街86号
申请人 国网经济技术研究院有限公司
(72)发明人 薛英林 马为民 乐波 梅念
赵峥 李高望 厉璇 魏争 李探
许冬 陈钊 苑宾 刘思源 徐莹
李达 田园园 尹航 勇智
(74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限
公司 11245
代理人 王胥慧
(51)Int.Cl.
H02J 3/36(2006.01)
(54)发明名称用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法及系统(57)摘要本发明涉及一种用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法及系统，其特征在于，包括以下步骤：1)确定幅相校正器的基频无功容量；2)选择幅相校正器的基本型式和调谐频率，并计算该幅相校正器的电容和电抗；3)采用逐点扫描法，获取从公共连接点向交流系统看的交流系统等效谐波阻抗；4)采用逐点扫描法，获取从公共连接点向柔直系统看的柔直系统等效谐波阻抗；5)判断获取的交流系统等效谐波阻抗和柔直系统等效谐波阻抗是否同时满足系统性能指标；6)获取柔直系统公共连接点处的交流系统背景谐波电压；7)计算该幅相校正器的元件定值，完成幅相校正器的选定，本发明可以广泛应用于 柔性直流输电技术领域中。权利要求书3页 说明书8页 附图1页CN 111200297 A 2020.05.26
C N 111200297
A
1.用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据柔直系统的功率运行区间，确定幅相校正器的基频无功容量；
2)选择幅相校正器的基本型式和调谐频率，并根据选定的幅相校正器的基频无功容量，计算该幅相校正器的电容和电抗；
3)采用逐点扫描法，扫描不同运行方式下交流系统的阻抗频率特性，获取从公共连接点向交流系统看的交流系统等效谐波阻抗；
4)采用逐点扫描法，扫描不同运行方式下柔直系统的阻抗频率特性，获取从公共连接点向柔直系统看的柔直系统等效谐波阻抗；
5)判断获取的交流系统等效谐波阻抗和柔直系统等效谐波阻抗是否同时满足系统性能指标，若不满足，则进入步骤2)重新选择幅相校正器的基本型式和调谐频率；若满足，则进入步骤6)；
6)获取柔直系统公共连接点处的交流系统背景谐波电压；
7)在各次交流系统的背景谐波电压作用下，根据选定的幅相校正器的基频无功容量，计算该幅相校正器的元件定值，完成幅相校正器的选定。
2.如权利要求1所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，所述幅相校正器的基本型式包括单调谐型幅相校正器、双调谐型幅相校正器和高通型幅相校正器。
3.如权利要求2所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，所述步骤1)中：
①如果选择的幅相校正器为单调谐幅相校正器，其调谐频率为f F1，工频频率为f0，公共连接点基波电压为V1，则该单调谐幅相校正器的电容C1和电抗L1为：
②如果选择的幅相校正器为双调谐幅相校正器，其调谐频率为f F1和f F2，工频频率为f0，公共连接点基波电压为V1，初选并联谐振频率和串联谐振频率分别为f p和f s，则该双调谐幅相校正器的电容C1、C2
和电抗L1、L2为：
该双调谐幅相校正器的初选电阻R1、R2和R3的阻值均为1000Ω，根据所述步骤5)是否满足系统性能进行阻值调整；
③如果选择的幅相校正器为高通型幅相校正器，其调谐频率为f F1，工频频率为f0，公共连接点基波电压为V1，则该高通型幅相校正器的电容C1、C2和电抗L1为：
其中：
该高通型幅相校正器的初选电阻R1的阻值为1000Ω，根据所述步骤5)是否满足系统性能进行阻值调整。
4.如权利要求3所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：
3.1)断开柔直系统的公共连接点与交流系统之间的联系；
3.2)在柔直系统的公共连接点处注入单位电流，在其它交流母线处注入的电流均为0；
3.3)h次谐波频率下的交流系统等效谐波阻抗Z s(h)为：
Z s(h)＝V sh
其中，V sh为交流系统网络的节点电压向量。
5.如权利要求4所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，所述步骤4)的具体过程为：
4.1)断开柔直系统的公共连接点与柔直系统之间的联系；
4.2)在柔直系统的公共连接点处注入单位电流；
4.3)h次谐波频率下的柔直系统等效谐波阻抗Z m(h)为：
Z m(h)＝V mh
其中，V mh为h次谐波频率电流级联下柔直系统所连公共连接点的节点电压。
6.如权利要求1所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，所述步骤5)中的系统性能指标包括：
a)交流系统等效谐波阻抗Z s(h)与柔直系统等效谐波阻抗Z m(h)的幅频特性曲线无交点；
b)如果交流系统等效谐波阻抗Z s(h)与柔直系统等效谐波阻抗Z m(h)的幅频特性曲线有交点，则二者的相角差应小于180°。
7.如权利要求5所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在
于，所述步骤7)中幅相校正器的元件定值包括电容元件定值、电抗元件定值和电阻元件定值。
8.如权利要求7所述的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，对于所述电容元件定值的计算包括电容元件工频电流I c(1)、电容元件总谐波电流和I c(htot)、电容元件总电流I c(tot)、电容元件工频电压U c(1)、电容元件总谐波电压U c(htot)和电容元件总电压U c(tot)；
对于电抗元件定值的计算包括电抗元件工频电流I L(1)、电抗元件总谐波电流和I L(htot)、电抗元件总电流I L(tot)、电抗元件工频电压U L(1)、电抗元件总谐波电压U L(htot)和电抗元件总电压U L(tot)；
对于电阻元件定值的计算包括电阻元件工频电流I r(1)、电阻元件总谐波电流和I r(htot)、电阻元件总电流I r(tot)、电阻元件工频电压U r(1)、电阻元件总谐波电压U r(htot)和电阻元件总电压U r(tot)。
9.用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定系统，其特征在于，包括：
基频无功容量确定模块，用于根据柔直系统的功率运行区间，确定幅相校正器的基频无功容量；
幅相校正器选定模块，用于选择幅相校正器的基本型式和调谐频率，并根据选定的幅相校正器的基频无功容量，计算该幅相校正器的电容和电抗；
交流系统等效谐波阻抗获取模块，用于采用逐点扫描法，扫描不同运行方式下交流系统的阻抗频率特性，获取从公共连接点向交流系统看的交流系统等效谐波阻抗；
柔直系统等效谐波阻抗模块，用于采用逐点扫描法，扫描不同运行方式下柔直系统的阻抗频率特性，获取从公共连接点向柔直系统看的柔直系统等效谐波阻抗；
系统性能判断模块，用于判断获取的交流系统等效谐波阻抗和柔直系统等效谐波阻抗是否同时满足系统性能指标；
背景谐波电压获取模块，用于获取柔直系统公共连接点处的交流系统背景谐波电压；
元件定值计算模块，用于在各次交流系统的背景谐波电压作用下，根据选定的幅相校正器的基频无功容量，计算该幅相校正器的元件定值，完成幅相校正器的选定。
用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法及系统
技术领域
[0001]本发明是关于一种用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法及系统，属于柔性直流输电技术领域。
背景技术
[0002]目前，柔性直流输电一般采用模块级联方式，其具有控制灵活、响应迅速、输出波形质量高等优点，在中国新能源并网、孤岛送电、大容量远距离输电、区域电网互联等领域中的应用前景十分广阔。
[0003]大容量柔性直流输电系统采用大量电力电子器件，由于控制、测量、计算等环节存在固有延时，且控制器一般是基于低频数学模型开展的，在中高频范围输出特性可能无法完美地跟踪控制目标，在某些区域内可能存在谐振点或负阻尼特性。而并网的交流系统由于运行方式繁多，存在输电系统的频容效应，不同频率下系统的等值谐波阻抗角度变化非常大，在某些特殊运行方式下系统阻抗和柔性直流输电系统会相互作用，引发谐波电流发散。在近期的工程中也多次发现柔直换流器发生高频振荡问题，这些问题产生的原因可以从阻抗匹配的角度解释，即柔性直流输电系统的阻抗特性与交流系统的阻抗特性在某些频率范围内存在谐振，导致谐波逐步放大产生的。
[0004]针对上述问题，现有的解决手段主要包括下述两种基本路线：1)软件抑制，即通过优化控制结构或算法，增加或优化软件滤波环节，或者添加具有高频动态特性补偿量的校正环节，改善柔直换流器的输出阻抗特性来减低振荡风险，然而，囿于现有技术水平和硬件设备固有延时，单纯依靠二次控制解决所有可能的振荡问题是存在一定困难的；2)限制系统方式，这种方式主要是将交流系统的阻抗特性限值在某一范围内，然而，在实施中此种方式会面临系统运行变化多样难以完全遍历、实际操作性不够强和对调度运行要求高等问题。
[0005]为弥补上述解决手段的不足，可以采用硬件抑制，在主回路额外配置旁路设备(即幅相校正器)，以改善柔直换流器的输出阻抗特性，但是，目前现有技术中并没有关于如何选取幅相校正器能够改善柔直换流器输出阻抗特性的方法。
发明内容
[0006]针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够减低振荡风险且实际操作性强的用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法及系统。
[0007]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：用于改善柔直系统阻抗特性的幅相校正器选定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据柔直系统的功率运行区间，确定幅相校正器的基频无功容量；2)选择幅相校正器的基本型式和调谐频率，并根据选定的幅相校正器的基频无功容量，计算该幅相校正
器的电容和电抗；3)采用逐点扫描法，扫描不同运行方式下交流系统的阻抗频率特性，获取从公共连接点向交流系统看的交流系统等效谐波阻抗；4)采用逐点扫描法，扫描不同运行方式下柔直系统的阻抗频率特性，获取从公共连接点
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