基于MMC的直流电网暂态稳定性分析与控制研究

Complex oscillation instabilities will occur in modular multilevel converter (MMC) based HVDC grid because of dynamic interactions among sub-module (SMs), converters or the ac system and HVDC grid under larger disturbances or fault conditions. This project aims to analyze the influences of those interactions on the transient stability of HVDC grid and how to keep it stable against those influences accordingly. The contents of this project include: 1) Study how the multi-scale interactions among SMs affect their transient voltage stability and propose an active energy balance control method for SMs to realize the complementary support control between them. 2) Study how the dynamic interactions between converters affect the transient voltage stability of HVDC grid and propose an active power control technology for converters to realize the coordinated support control among them. 3) Study how the dynamic interactions between weak ac grids through HVDC grid affect the transient voltage stability of HVDC grid and establish the coordinated control methods for HVDC grid and weak ac systems to achieve the stable support control between them. 4) Verify the effectiveness of the research outcomes on different simulation platforms...The research outcomes will provide theoretical and technical support for the stable operation of HVDC grid projects.

基于模块化多电平换流器（MMC）的直流电网在大扰动或故障等暂态工况下，MMC子模块之间、多换流器之间以及交直流系统之间的动态交互作用将导致多尺度耦合振荡过程，导致直流系统出现连锁振荡稳定问题。因此，本项目将从上述三个层面内部动态交互作用出发，开展直流电网暂态稳定性分析与控制研究。研究内容包括：1）研究MMC子模块间多尺度交互作用对其暂态稳定性影响，提出子模块主动能量平衡控制方法，实现子模块之间互补支撑控制；2）研究多换流器之间动态交互作用对直流系统暂态电压稳定性的影响，提出换流器主动功率控制技术，实现换流器之间协调支撑控制；3）研究多个弱交流系统通过直流电网进行交互作用对直流电网系统稳定性的影响，建立直流电网与弱交流系统协调控制技术，实现直流电网对弱交流系统稳定支撑控制；4）在不同仿真平台上对项目研究成果的有效性进行验证和反馈校正。.项目研究成果将为直流电网实际工程稳定运行提供理论和技术支撑。

基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电技术在新能源并网、异步电网互联、城市供电等方面具有显著优势。由多个柔直换流站联接构成的柔性直流电网已成为破解大规模可再生能源多点汇集和送出难题的最有效的技术方案之一。但近年来，国内外多个基于MMC的柔性直流输电工程中发生了多起高频振荡事件，严重威胁电力系统的安全稳定运行并制约可再生能源的大规模消纳。因此有必要对直流电网暂态稳定性开展深入研究，并提出相应的暂态稳定控制策略。.本课题以基于MMC的直流电网为研究对象，对直流电网系统在故障大扰动下的多尺度暂态失稳机理开展了详细研究，重点对直流电网的宽频振荡数学模型、特征与机理以及抑制措施等进行了分析，在此基础上提出了直流电网多尺度协调控制策略。主要研究内容如下：首先，分析了基于MMC的直流电网系统电压两种暂态失稳形态（单调失稳和振荡失稳）以及暂态失稳机理，并从能量的角度揭示了两种失稳形态的物理本质。其次，分析了直流电网系统宽频振荡的物理特性，以及现有振荡阻尼抑制策略的局限性。再次，分析了直流电网系统宽频振荡的振荡形式、振荡频率和振荡幅值等，并提出了直流电网振荡扰动源定位方法。然后，研究了直流电网两种失稳形态与MMC桥臂暂态能量流之间的关系，提出了直流电网暂态多尺度能量平衡控制策略。最后，基于世界首个柔性直流电网工程——张北柔性直流电网工程，在PSCAD中搭建了四端直流电网的电磁暂态仿真模型，对课题研究成果的有效性进行了验证。.本课题研究成果首次系统地揭示了柔性直流电网系统暂态多尺度失稳机理与特征，以及直流电网系统宽频振荡的建模方法、物理性质、传播特性和抑制措施，对于直流系统暂态安装稳定问题的认识和选择恰当电磁暂态分析手段及分析模型具有重要的科学意义。同时，课题成果还将为柔性直流电网工程在暂态工况下安全稳定运行提供理论和技术支撑，促进柔性直流电网工程的应用和发展。