关于电流测量环节与MMC-HVDC系统之间不匹配效应及共振机制的研究

《IEEE Transactions on Power Delivery》：Research on the Mismatch Effect and Resonance Mechanism Between Current Measurement Link and MMC-HVDC Systems

针对模块化多电平换流器高压直流输电系统孤岛运行时的高频共振问题，建立了无电流测量链路和有电流测量链路的数学模型与控制结构，通过d-q域和序列域的阻抗模型分析，揭示了因电流测量链路与MMC-HVDC系统阻抗失配引发的高频共振机制，并通过PSCAD/EMTDC仿真和现场试验验证了模型的有效性，为实际工程应用提供了技术指导。

　　

摘要：

模块化多电平变换器高压直流（MMC-HVDC）系统对于可再生能源在柔性直流电网中的整合至关重要，但在孤岛运行模式下会面临高频共振的挑战。本文研究了带有电流测量链路的MMC-HVDC系统的高频共振机制。首先，建立了无电流测量链路且处于空载状态下的孤岛系统的数学模型和控制结构，并构建了其在d-q域和序列域中的阻抗模型。随后，将π型电路等效为电流测量链路的二次侧电缆，从而建立了带有电流测量链路且处于空载状态下的孤岛系统的阻抗模型。接着，通过正序和负序波德图分析了这两种系统的稳定性，揭示了电流测量链路与MMC-HVDC系统之间的不匹配效应引起的高频共振机制。最后，通过PSCAD/EMTDC仿真和现场测试验证了所提出的MMC-HVDC系统阻抗模型及共振机制的准确性。这些发现为实际柔性直流项目中缓解高频共振提供了技术指导，对工程应用具有重要的参考价值。

引言

模块化多电平变换器高压直流（MMC-HVDC）系统已成为可再生能源整合的关键技术，尤其是在柔性直流电网中。然而，其大规模部署一直受到高频共振的困扰，这会降低电网的可靠性[1]、[2]。一个典型的例子是张北可再生能源柔性直流电网（2020年投运，是中国首个四端式双极MMC-HVDC项目），其中康布安诺尔换流站运行期间报告了超过120次高频共振事件[3]；全球范围内也观察到了类似现象：德国的BorWin1项目出现了250～350Hz频率的共振[4]；法西电网互联项目的INELFE也出现了1.5 k～2 kHz频率的共振[5]；重庆-湖北高压直流背靠背互联项目出现了1.8 kHz频率的共振[6]；泸西背靠背直流异步联网项目出现了200 Hz～1.2 kHz频率的共振[7]。MMC-HVDC系统包含一次设备、二次设备以及众多非线性组件，因此高频共振的分析与缓解极为复杂，这是制约柔性直流系统发展的一个关键问题。