苑 賓， 袁藝嘉， 許建中， 趙成勇， 黃 瑩， 趙曉斌， 辛清明

(1.華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 102206; 2.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 直流輸電技術(shù)國家重點實驗室, 廣東 廣州 510080)

聯(lián)接弱交流電網(wǎng)的雙饋入VSC系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性分析與虛擬阻抗控制策略

苑 賓1， 袁藝嘉1， 許建中1， 趙成勇1， 黃 瑩2， 趙曉斌2， 辛清明2

(1.華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 102206; 2.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 直流輸電技術(shù)國家重點實驗室, 廣東 廣州 510080)

聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性會受到主電路與控制器參數(shù)等多種因素的影響。不同于聯(lián)接弱交流電網(wǎng)單饋入VSC系統(tǒng)，并聯(lián)VSC之間的相互影響同樣會引入系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。首先建立了雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號模型，基于參與因子分析方法提出了變量參與度的評價指標(biāo)，得到了影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行特性的相關(guān)因素；其次，采用特征值分析法分析了系統(tǒng)參數(shù)與小信號穩(wěn)定性之間的關(guān)系；最后，提出了增強雙饋入VSC系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性，提高功率傳輸極限的控制策略。所得結(jié)論為：并聯(lián)VSC系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性會受到控制器參數(shù)與之間電氣距離的影響，通過提出的虛擬阻抗控制器能夠極大地增強系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)功率傳輸極限。在PSCAD/EMTDC中搭建了雙饋入VSC系統(tǒng)模型，仿真結(jié)果驗證了結(jié)論的正確性與控制策略的有效性。

雙饋入VSC；弱交流電網(wǎng)；小信號穩(wěn)定性；變量參與度；虛擬阻抗控制

0 引 言

電壓源換流器型高壓直流輸電(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)由于采用全控型電力電子器件，控制方式靈活，已逐漸成為了功率傳輸與電網(wǎng)互聯(lián)的重要方式之一[1,2]。由于IGBT通流能力的限制，工程中常采用多VSC-HVDC(或者MMC)并聯(lián)饋入的方法來提升功率傳輸容量，如法國西班牙INELFE互聯(lián)工程和廈門柔性直流輸電科技示范工程等。無論VSC并聯(lián)饋入到同一交流母線還是不同交流母線之間有電器聯(lián)系，控制器之間均會有較大程度的相互影響。

隨著傳輸功率的不斷提升，交流系統(tǒng)短路比(Short circuit ratio，SCR)逐漸降低，VSC-HVDC已經(jīng)被用于弱交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的場景[3]。目前，已有部分研究表明采用矢量電流控制的VSC在聯(lián)接弱交流系統(tǒng)時易發(fā)生小信號失穩(wěn)[4]。而對于聯(lián)接弱交流電網(wǎng)的并聯(lián)饋入VSC系統(tǒng)來說，其控制器之間的相互影響會使得系統(tǒng)特性更加復(fù)雜，因此有必要對并聯(lián)饋入VSC系統(tǒng)進行深入研究。

目前，對于聯(lián)接弱交流電網(wǎng)VSC系統(tǒng)特性的研究主要集中在單端VSC系統(tǒng)與多端VSC系統(tǒng)上，而針對聯(lián)接弱交流電網(wǎng)的并聯(lián)饋入VSC系統(tǒng)研究較少。聯(lián)接弱交流電網(wǎng)VSC系統(tǒng)的功率傳輸極限主要由三方面因素制約：穩(wěn)態(tài)運行特性、小擾動穩(wěn)定性與暫態(tài)穩(wěn)定性[3]。文獻[4]建立了VSC聯(lián)接弱交流電網(wǎng)的小信號模型，通過分析認(rèn)為鎖相環(huán)(Phase-Locked Loop，PLL)參數(shù)是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行特性的關(guān)鍵因素。文獻[3]從安全穩(wěn)定運行判據(jù)的角度對聯(lián)接弱交流電網(wǎng)VSC系統(tǒng)的功率傳輸極限進行了分析。文獻[5-7]通過VSC小信號模型分析了系統(tǒng)穩(wěn)定性與交流系統(tǒng)強度和阻抗角之間的關(guān)系。文獻[8-11]分別從不同角度提出了多種增強VSC系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的改進矢量控制策略。文獻[12]提出了功率同步控制(Power Synchronization Control，PSC)方法，特別適合聯(lián)接弱交流電網(wǎng)的VSC系統(tǒng)，但功率同步控制類似于傳統(tǒng)的功角控制，其控制器的響應(yīng)速度不如矢量電流控制。文獻[13]分析了多端VSC系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性與直流側(cè)限流電抗器的取值與控制器參數(shù)之間的關(guān)系，同時提出了判定系統(tǒng)交互影響模態(tài)的方法。文獻[14-17]則針對無源電網(wǎng)和交直流互聯(lián)電網(wǎng)建立了VSC系統(tǒng)的小信號模型。

以上文獻主要針對單端VSC聯(lián)接交流電網(wǎng)進行了穩(wěn)定性的分析。而針對并聯(lián)雙饋入VSC系統(tǒng)，文獻[18]重點分析了考慮交流系統(tǒng)之間的電氣距離和交流系統(tǒng)強度情況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，但該文獻只針對一種并聯(lián)饋入情形進行了分析，其分析結(jié)果并不適用VSC饋入同一交流系統(tǒng)中。

本文主要分析了聯(lián)接弱交流電網(wǎng)的雙饋入VSC系統(tǒng)的相互影響特性，建立了系統(tǒng)的小信號模型，基于參與因子分析法提出了變量參與度的評價指標(biāo)，分析了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。重點分析了主電路參數(shù)和控制系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。同時，本文提出了適用于雙饋入VSC系統(tǒng)的虛擬電阻控制策略，增強了系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性，提高了VSC的功率傳輸能力，為雙饋入乃至多饋入VSC系統(tǒng)的規(guī)劃運行與控制器設(shè)計提供了依據(jù)。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了并聯(lián)饋入VSC的電磁暫態(tài)仿真模型，仿真結(jié)果驗證了理論的正確性和控制策略的有效性。

1 聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)小信號建模與驗證

1.1 并聯(lián)饋入VSC系統(tǒng)小信號建模

聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 聯(lián)接弱交流電網(wǎng)并聯(lián)饋入VSC的主要結(jié)構(gòu)Fig.1 Dual infeed VSCs connected to weak ac system

VSC換流器采用矢量電流控制作為站級控制策略。目前已經(jīng)有大量文獻對VSC的小信號模型進行了推導(dǎo)與驗證，因此這里不再詳細地列出系統(tǒng)小信號模型的詳細推導(dǎo)過程。系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程如式(1)所示。

(1)

在式(1)中，x∈Rn代表系統(tǒng)的狀態(tài)變量，u∈Rm代表系統(tǒng)的輸入變量，矩陣A∈Rn×n與B∈Rn×m則分別代表了方程中的狀態(tài)系數(shù)矩陣與控制系數(shù)矩陣。輸入變量u主要由有功功率參考值，直流電壓參考值以及交流電壓參考值三部分組成。系統(tǒng)狀態(tài)變量與輸入變量如式(2)所示。

(2)

1.2 并聯(lián)饋入VSC系統(tǒng)小信號模型驗證

仿真模型的主電路與控制器參數(shù)如表1所示，交流系統(tǒng)的短路容量設(shè)計為1 000 MW。

表1 聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)參數(shù)

圖2為雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號模型驗證。圖中綠色虛線代表了在PSCAD/EMTDC中搭建的電磁暫態(tài)仿真模型，黑色實線代表了MATLAB中小信號模型的仿真結(jié)果。

圖2 雙饋入VSC系統(tǒng)小信號模型驗證Fig.2 Small signal model verification of parallel VSCs

雙饋入VSC的有功功率整定值在4 s時從380 MW階躍至390 MW，在6 s時由390 MW階躍回380 MW，PCC交流電壓有效值的整定值保持在230 kV不變。從圖2中可以看到，VSC的有功功率和PCC的交流電壓有效值的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果與MATLAB中搭建的小信號模型計算結(jié)果基本保持一致；VSC的D軸電流與Q軸電流的仿真結(jié)果也與MATLAB中小信號模型的計算結(jié)果基本重合。因而，圖2較好地證明了所搭建的小信號模型的正確性。

2 聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的相互影響分析

2.1 變量參與度評價指標(biāo)

參與因子分析方法是分析狀態(tài)變量對某一模態(tài)影響程度的方法，通過參與因子分析可以得到影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行特性的關(guān)鍵因素。參與因子的計算方法如式(3)所示。

(3)

式中：參與因子pki代表了第k個狀態(tài)變量與第i個模態(tài)之間的相關(guān)關(guān)系；φki代表了小信號模型中第i個模態(tài)的右特征向量φi∈Rn中的第k個元素；φik則代表了小信號模型中第i個模態(tài)的左特征向量φi∈Rn中的第k個元素。

計算得到的參與因子為復(fù)數(shù)形式，不僅能夠得到狀態(tài)變量與模態(tài)之間的相關(guān)關(guān)系，同時也得到了狀態(tài)變量對模態(tài)的影響方向等內(nèi)容。本文在參與因子分析方法的基礎(chǔ)上提出了變量參與度(ηk)的評價指標(biāo)。ηk代表了綜合考慮所有狀態(tài)變量后第k個狀態(tài)變量對模態(tài)i的參與度，計算方法如式(4)所示。

(4)

2.2 并聯(lián)雙饋入VSC系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素分析

已有研究表明，交流電網(wǎng)短路比會對VSC系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。VSC并聯(lián)饋入到同一交流系統(tǒng)中，VSC之間的電氣距離同時會對VSC2的短路比產(chǎn)生較大的影響，隨著電氣距離的變化，并聯(lián)雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性也會發(fā)生相應(yīng)的改變。圖3體現(xiàn)了系統(tǒng)特征值隨Ltrans變化的根軌跡曲線(Ltrans=0～0.1 H，此時VSC1與VSC2的有功功率均為400 MW)。

圖3 Ltrans變化時系統(tǒng)根軌跡曲線Fig.3 Root-locus curves with Ltrans changing

圖3所示系統(tǒng)特征值變化曲線說明了當(dāng)VSC之間的電氣距離發(fā)生變化時，除了模態(tài)3、4、5、6，模態(tài)15、16也是系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的主要影響模態(tài)。隨著VSC之間電氣距離的增大，模態(tài)3、4、5、6均向?qū)嵼S負(fù)方向移動，而模態(tài)15、16則向右半平面移動。表2為Ltrans變化時的狀態(tài)變量參與度分析結(jié)果。

表2 狀態(tài)變量參與度

當(dāng)Ltrans較小(Ltrans=0.002 H)即VSC之間的電氣距離較短時，決定系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的模態(tài)為3、4、5、6，影響上述模態(tài)變化的狀態(tài)變量主要是電氣聯(lián)接的電流分量，主電路參數(shù)是導(dǎo)致系統(tǒng)小信號失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。隨著Ltrans的增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸增強。當(dāng)VSC之間的電氣距離增大到一定程度后(Ltrans=0.02 H)，影響系統(tǒng)穩(wěn)定的模態(tài)不僅包含3、4、5、6，同時也包含15、16模態(tài)。基于狀態(tài)變量參與度分析可知影響模態(tài)15、16的主要狀態(tài)變量為VSC外環(huán)控制器的積分環(huán)節(jié)，說明了除了主電路參數(shù)，VSC外環(huán)控制器參數(shù)同樣對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較大的影響。隨著Ltrans增大到一定程度(Ltrans>0.1 H)后，VSC2的短路比有較大程度的降低。圖3中可以看出模態(tài)3、4、5、6對系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性不再有較大影響，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵模態(tài)為15、16。此時VSC外環(huán)控制器(特別是VSC2的外環(huán)控制器)逐漸成為了影響系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，同時從另一個方面證明了當(dāng)系統(tǒng)短路比降低時，矢量電流控制器失穩(wěn)是系統(tǒng)小信號失穩(wěn)的主要原因。

3 虛擬阻抗控制策略與參數(shù)設(shè)計

文章第三部分對聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的相互影響特性進行了分析。本部分將提出適用于聯(lián)接弱交流電網(wǎng)并聯(lián)饋入VSC系統(tǒng)的虛擬阻抗控制策略，其核心是通過虛擬阻抗設(shè)置新的PCC點，從而增強控制器小信號穩(wěn)定性，在一定程度上提高并聯(lián)饋入VSC的功率傳輸能力。

3.1 虛擬阻抗控制器設(shè)計

以單端VSC聯(lián)接弱交流電網(wǎng)為例介紹虛擬阻抗控制器。如圖4(a)所示，如果將PCC點前移至PCCvir，交流電網(wǎng)的等效SCR增大，從而PLL控制器與外環(huán)控制器的小信號穩(wěn)定性增強。但實際中交流電網(wǎng)不會是簡單的戴維南等效，同時SCR也在不斷變化，因此將測量點前移的方法難以實現(xiàn)。因此，可以在控制系統(tǒng)中設(shè)計虛擬PCC點，利用虛擬阻抗來等效前移PCC，從而增強控制器的穩(wěn)定性。圖4(b)為控制器框圖。

圖4 虛擬阻抗控制器框圖Fig.4 Control diagram of virtual impedance controller

可以看出，虛擬阻抗控制器與矢量電流控制器基本相同，主要區(qū)別在于選取虛擬PCC點進行測量與控制。雖然需要虛擬阻抗控制增強系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性，但實際PCC點的有功功率與交流電壓仍要維持正常運行值，因而控制器的輸入變量需要進行修正。假設(shè)PCC點有功功率整定值為Pref，交流電壓整定值為Vref，則虛擬阻抗控制器的外環(huán)參數(shù)Prefvir與Vrefvir如式(5)所示。

(5)

虛擬PCC點電壓d軸分量vdvir與q軸分量vqvir如式(6)所示。

(6)

虛擬PCC點鎖相環(huán)相角θvir如式(7)所示。

(7)

電流d軸分量i2dvir，q軸分量i2qvir以及交叉項系數(shù)的表達式如式(8)所示。

(8)

根據(jù)上述計算結(jié)果搭建虛擬阻抗控制器，當(dāng)交流系統(tǒng)SCR較小時能夠較大地提高系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性，增強VSC的功率輸送極限。因此，可以對VSC2的控制器進行改進，采用虛擬阻抗控制器以提高系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性。

3.2 虛擬阻抗控制器參數(shù)設(shè)計

對于單端VSC聯(lián)接弱交流電網(wǎng)，虛擬阻抗應(yīng)選取較大值以增強系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性。但對于雙饋入VSC系統(tǒng)，由第三部分分析可知當(dāng)VSC之間的電氣距離降低到一定程度后系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性反而隨Ltrans的減小而降低，因此，虛擬阻抗的取值并不是越大越好。

圖5所示為雙饋入VSC系統(tǒng)中VSC2采用虛擬阻抗控制后系統(tǒng)隨虛擬阻抗取值變化的根軌跡曲線(Ltrans=0.1 H)。圖5中可以看出，當(dāng)虛擬阻抗取值為0時，模態(tài)3、4、5、6均位于虛軸左側(cè)，只有模態(tài)15、16位于虛軸右側(cè)導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)；隨著虛擬阻抗控制器的投入，模態(tài)15、16逐漸向?qū)嵼S負(fù)方向移動，模態(tài)3、4、5、6則逐漸向?qū)嵼S正方向移動但尚未達到失穩(wěn)點，系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性逐漸增強；但當(dāng)虛擬阻抗取值達到一定程度后，由于VSC1與VSC2的PCC點間的電氣距離過小，系統(tǒng)會出現(xiàn)高頻不穩(wěn)定模態(tài)。因此，虛擬阻抗存在最佳取值，且最佳取值位于低頻模態(tài)15、16與高頻模態(tài)3、4、5、6的交叉處。

圖5 虛擬阻抗變化時系統(tǒng)根軌跡曲線Fig.5 Root-locus curves with Lvir changing

4 仿真驗證

在PSCAD/EMTDC中搭建了聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的電磁暫態(tài)模型，模型主電路與控制器參數(shù)如表1所示，雙饋入VSC的傳輸功率保持一致。本文第三部分分析的主電路參數(shù)對系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的影響以及第四部分提出的虛擬阻抗控制器在這一章中得到了驗證。

4.1 主電路參數(shù)對雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性影響

首先驗證雙饋入VSC之間的電氣距離對系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的影響。設(shè)定VSC1與VSC2的有功功率整定值分別為300 MW，將VSC之間的電氣距離逐漸由0.04 H減小到0.005 H，觀察系統(tǒng)各電氣量的變化，波形如圖6(a)所示。隨后將VSC之間的電氣距離逐漸由0.1 H增大到0.25 H，觀察系統(tǒng)各電氣量的變化，波形如圖6(b)所示。

圖6 電氣距離變化時系統(tǒng)仿真波形Fig.6 Simulation results with Ltrans changing

由圖6的仿真結(jié)果可知，當(dāng)VSC的傳輸功率為300 MW時，隨著VSC之間的電氣距離減小，系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸變差，Ltrans減小到0.005 H后，系統(tǒng)小信號失穩(wěn)；當(dāng)VSC之間的電氣距離增大到0.1 H之后，由于PCC2的短路比降低，系統(tǒng)同樣會發(fā)生小信號不穩(wěn)定，隨著電氣距離的增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸變差，Ltrans增大到0.25 H后系統(tǒng)小信號失穩(wěn)。

圖7 有功功率傳輸極限Fig.7 Power transmission limitation

圖7表示了不同電氣距離下VSC系統(tǒng)最大功率傳輸能力。從圖7可以看出當(dāng)VSC之間的電氣距離極小時，系統(tǒng)有功功率傳輸極限隨著電氣距離的增大而提高；相反，當(dāng)VSC之間的電氣距離增大到一定程度后，有功功率傳輸極限呈現(xiàn)出相反的趨勢。仿真結(jié)果較好地證明了理論分析的正確性。

4.2 虛擬阻抗控制器仿真分析

由圖7中可以看出，對于此系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制器參數(shù)，Ltrans為0.02 H時系統(tǒng)穩(wěn)定性最強，功率傳輸極限最高，因此可以選擇不同的虛擬阻抗以保證Ltrans保持0.02 H。圖8表示了增加虛擬阻抗控制器后系統(tǒng)仿真波形，設(shè)定VSC1與VSC2的有功功率整定值為300 MW。

圖8 增加虛擬阻抗控制后系統(tǒng)仿真波形Fig.8 Simulation results of system with virtual impedance control

如圖8所示，在增加了虛擬阻抗控制器后，系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性有了明顯的提升，在同等條件下，系統(tǒng)采用矢量電流控制策略時電氣距離大于0.25 H或者小于0.005 H時系統(tǒng)均小信號失穩(wěn)，但當(dāng)系統(tǒng)采用虛擬阻抗控制策略時，電氣距離為0.005 H和0.3 H時系統(tǒng)均可保持動態(tài)穩(wěn)定，仿真結(jié)果驗證了虛擬阻抗控制器的有效性。

圖9為采用最佳虛擬阻抗后雙饋入VSC系統(tǒng)的有功功率傳輸極限，其中黑色曲線表示采用矢量電流控制策略的雙饋入VSC系統(tǒng)功率傳輸極限，紅色曲線表示采用虛擬阻抗控制策略的系統(tǒng)功率傳輸極限。從圖中可以看出，在增加了虛擬阻抗控制器后VSC的有功功率達到最大值。

圖9 采用虛擬阻抗控制器后VSC有功功率傳輸極限Fig.9 Power transmission limitation of VSC system with virtual impedance control method

5 結(jié) 論

本文建立了聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號模型。在模型的基礎(chǔ)上借助參與因子分析法提出了變量參與度的評價指標(biāo)，對影響系統(tǒng)主要模態(tài)變化的因素進行衡量，分析了主電路參數(shù)對系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的影響。同時提出了適用于聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC的虛擬阻抗控制策略，得到了以下兩點主要結(jié)論：

(1)聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性受到VSC之間電氣距離的影響，當(dāng)VSC之間電氣距離極短時，系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性隨著距離的增加而提高；當(dāng)VSC之間電氣距離增大到一定程度后，較低SCR引起的控制器失穩(wěn)是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素，系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性隨著距離的增加而降低。

(2)采用虛擬阻抗控制器能夠在一定程度上提高系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性，由于雙饋入VSC之間的電氣距離有最優(yōu)值可保證系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性最強，因此虛擬阻抗的選取值會隨著電氣距離的改變而不斷變化，從而保證系統(tǒng)的最大功率傳輸能力。

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附錄

附錄主要為聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)的小信號建模過程。單端VSC聯(lián)接交流系統(tǒng)的小信號模型如式(9)所示。

(9)

其中，xi=[i1di, i1qi, i2di, i2qi, v1di, v1qi, x1i, x2i, x3i, x4i, θi, ωi]，ui=[Piref, Vdciref, Vdci, Viref]，Ai與Bi如式(10)和式(11)所示。

(10)

(11)

直流網(wǎng)絡(luò)的小信號模型如式(12)所示。其中xdc=[Vdc1,Vdc2,idc]T，udc=[i2d1,i2q1,vd1,vq1,i2d2,i2q2,vd2,vq2]T。

雙饋入VSC之間的電壓電流關(guān)系如式(15)所示。其中itd與itq為VSC之間電氣距離的電流d軸與q軸分量。綜合上述方程能夠得到聯(lián)接弱交流電網(wǎng)雙饋入VSC系統(tǒng)小信號模型。

(15)

Small Signal Stability Analysis of Dual Infeed VSCs Connected to Weak AC System and Design of Virtual Impedance Control Strategy

YUAN Bin1, YUAN Yijia1，XU Jianzhong1，ZHAO Chengyong1，HUANG Ying2，ZHAO Xiaobin2，XIN Qingming2
(1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206, China; 2. State Key Laboratory of HVDC, Electric Power Research Institute, China Southern Power Grid, Guangzhou 510080, China)

The small signal stability of dual infeed VSCs integrated to weak ac system is affected by main circuit, control system parameters and other factors. The interaction between parallel connected VSCs can lead to system unstability, which is different from single infeed VSC connected to the weak ac grid. The small signal model of dual infeed VSCs connected to weak ac system is established. Based on the participation factor analysis method, an evaluation index of variable participation degree is proposed to figure out the relevant elements of the system stability. Secondly, the relationship between system parameters and stability is analyzed by eigenvalue analysis method. Thirdly, a coordinated control method is proposed to enhance the system stability and improve the power transmission limitation of dual infeed VSCs. It can be concluded that the system stability can be influenced by electrical proximity and controller parameters. With the proposed virtual impedance controller, the small signal stability of the dual infeed VSCs system has been greatly enhanced. The simulation model of dual infeed VSCs connected to weak ac system is established by PSCAD/EMTDC. The correctness and validity of all conclusions are validated by the simulation results.

dual infeed VSCs; weak ac system; small signal stability; variable participation degree; virtual impedance control

2016-07-08.

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2016.06.07

TM 7

A

1007-2691(2016)06-0038-09

苑 賓(1988-)，男，博士研究生，研究方向為柔性直流輸電技術(shù)；袁藝嘉(1991-)，女，碩士研究生，主要研究方向為柔性直流輸電技術(shù)；許建中(1986-)，男，博士，講師，研究方向為柔性直流輸電技術(shù)；趙成勇(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為高壓直流輸電技術(shù)等；黃瑩(1977-)，女，教授級高級工程師，從事直流輸電和FACTS方面的研究；趙曉斌(1985-)，男，高級工程師，從事直流工程系統(tǒng)研究及成套設(shè)計的研究；辛清明(1986-)，男，工程師，從事直流工程系統(tǒng)研究及成套設(shè)計的研究。