风电场接入柔性高压直流输电系统直流电流低频震荡问题研究

The VSC-HVDC (Voltage Sourced Converter - High Voltage Direct Current) based on MMC (Modular Multilevel Converter) topology is one of optimum Scheme to achieve wind farm grid integration, because it can provide excellent reactive power and good performance of grid integration. However, the project experiment results show that there is low frequency oscillation in dc current when wind power integrating into VSC-HVDC under some working condition. Thus, this project plans to research the reason of dc current oscillation and propose an effective strategy to restrain the dc current oscillation. The research focus on modeling the complex system including large scale power electronics components, seeking the reason of dc current oscillation by analyzing the control strategy and impedance characteristic of MMC, proposing an effective method to restrain the dc current oscillation, providing an optimum parameter design technique. Finally, the simulation and experiment results prove the efficiency of analysis and proposed strategy. The research results will improve the reliability and stability of wind power integration into grid by VSC-HVDC. It also can promote the application of new energy, and then reduce the environmental pollution.

基于MMC（Modular Multilevel Converter）换流器的柔性直流输电技术可对风电场提供良好的动态无功支撑和优质的并网性能，是目前风电场并网最佳技术方案之一。然而工程运行结果表明，在一些工况下风电场接入柔性直流系统其直流电流会发生低频震荡现象。本项目拟针对系统直流电流震荡产生的原因和机理及其抑制算法展开深入研究。主要研究内容包括：研究对大规模电力电子元件系统的快速仿真建模；研究MMC换流器控制策略及阻抗特性对直流电流震荡的作用机理；研究抑制直流电流震荡的有效控制策略及电气参数优化设计方法。最后以仿真和实验结果验证研究内容和提出算法的有效性。该研究工作能够提高风电场经柔性直流输电系统并网运行的可靠性和稳定性，促进风电等清洁能源的大规模使用，减少环境污染。

基于MMC（Modular Multilevel Converter）换流器的柔性直流输电技术可对风电场提供良好的动态无功支撑和优质的并网性能，然而在一些工况下风电场接入柔性直流系统其直流电流会发生低频震荡现象。本项目首先研究了适用于不同拓扑结构柔性高压直流输电系统快速仿真模型、非线性仿真模型及具备死区特征的MMC换流器仿真模型，仿真结果验证了提出模型的准确性和快速性。其次，本项目研制了柔性直流输电系统的全比例实时仿真系统和柔性直流输电系统小比例动模实验平台，仿真和实验结果用于验证低频震荡机理的理论分析。最后，本项目研究混合型模块化多电平变流器电容优化设计，提出一种混合型MMC的参数设计方法使子模块电容最小，在提高MMC功率密度的同时降低了子模块的成本和体积，实现柔性直流输电换流器参数优化设计，为进一步研究风电场接入柔性直流输电系统直流电流低频震荡机理提供理论分析基础。