1、研究背景混合級聯(lián)高壓直流輸電系統(tǒng)整合了LCC和MMC的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，采用整流側(cè)由LCC串聯(lián)，逆變側(cè)由LCC與多個MMC組串聯(lián)的級聯(lián)多端形式。隨著送受端電網(wǎng)新能源占比增加，傳統(tǒng)電源逐步減少，交流系統(tǒng)強(qiáng)度逐漸降低，在聯(lián)接弱電網(wǎng)工況下，LCC和MMC均有可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩現(xiàn)象；然而，混合級聯(lián)系統(tǒng)多個換流器之間串并聯(lián)耦合，不同控制回路間交互作用下的振蕩模式特征及機(jī)理尚不清晰，因此有必要深入研究混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)整流/逆變各換流器不同控制回路間的交互作用機(jī)理及其與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系。2、論文解決問題及意義

該文建立了混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，推導(dǎo)了系統(tǒng)的多輸入–多輸出傳遞函數(shù)模型；針對不同的研究目標(biāo)，根據(jù)單通道分析設(shè)計理論建立等效單輸入–單輸出反饋控制模型。在此基礎(chǔ)上分離出不同控制回路的耦合控制通道，定量評估系統(tǒng)強(qiáng)度、逆變側(cè)交流聯(lián)絡(luò)線與控制參數(shù)等對控制回路間交互作用的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)整流側(cè)或逆變側(cè)交流系統(tǒng)強(qiáng)度降低時，兩側(cè)控制回路間交互作用增強(qiáng)；當(dāng)交流聯(lián)絡(luò)線長度縮短時，逆變側(cè)LCC和MMC控制回路間的動態(tài)交互增強(qiáng)，各控制環(huán)節(jié)參數(shù)之間存在相互制約的關(guān)系。該研究可為揭示混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)的振蕩機(jī)理及其運(yùn)行控制提供重要的參考依據(jù)。

3、論文重點(diǎn)內(nèi)容1）交流系統(tǒng)強(qiáng)度及交流聯(lián)絡(luò)線對LCC與MMC定電壓控制交互作用的影響。針對聯(lián)絡(luò)線長度為100km的混合級聯(lián)系統(tǒng)，分別設(shè)置了3組不同短路比組合工況，獲得逆變側(cè)LCC和MMC的定直流電壓控制器參數(shù)KpUdc_LCC和KpUdc_MMC增大時系統(tǒng)的根軌跡如圖1和圖2所示。由圖可知，隨著KpUdc_LCC和KpUdc_MMC的增大，主導(dǎo)模態(tài)靠近虛軸，系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱。逆變側(cè)SCR越低的工況下，系統(tǒng)的主導(dǎo)模態(tài)距離虛軸越近，使系統(tǒng)失穩(wěn)的控制參數(shù)臨界值也越小。圖1

不同短路比工況下KpUdc_LCC變化時系統(tǒng)的根軌跡圖2

不同短路比工況下KpUdc_MMC變化時系統(tǒng)的根軌跡通過主導(dǎo)模式振蕩頻率附近的交互作用因子可以定量評估兩個控制回路的交互作用大小，不同短路比工況和不同聯(lián)絡(luò)線長度下的交互作用因子分別如圖3和圖4所示。由圖可知，隨著逆變側(cè)SCR的降低，逆變側(cè)LCC和MMC的定電壓控制環(huán)路交互作用因子的幅值增大，二者的交互作用逐漸增強(qiáng)；弱電網(wǎng)工況下，隨著交流聯(lián)絡(luò)線長度縮短，逆變側(cè)LCC與MMC定電壓控制的交互作用逐漸增強(qiáng)。圖3

不同短路比工況下逆變側(cè)LCC與MMC定電壓控制交互作用圖4

不同聯(lián)絡(luò)線長度下逆變側(cè)LCC與MMC定電壓控制交互作用2）交流系統(tǒng)強(qiáng)度對整流側(cè)定電流控制與逆變側(cè)LCC/MMC定電壓控制交互作用的影響。通過交互作用因子可以定量評估不同短路比工況下逆變側(cè)LCC定電壓控制和整流側(cè)LCC定電流控制回路交互作用大小如圖5所示，評估逆變側(cè)MMC定電壓控制與整流側(cè)LCC定電流控制間的交互作用大小如圖6所示。由圖可知，整流側(cè)LCC的定電流控制與逆變側(cè)LCC的定電壓控制環(huán)路交互作用因子更大，表明整流側(cè)LCC與逆變側(cè)LCC的交互作用比與MMC的交互作用更強(qiáng)。當(dāng)整流側(cè)或逆變側(cè)SCR減小時，交互作用因子幅值均增大，說明在弱電網(wǎng)工況下，整流側(cè)LCC與逆變側(cè)LCC/MMC的交互作用增強(qiáng)。圖5

不同短路比工況下整流側(cè)LCC定電流控制與逆變側(cè)LCC定電壓控制交互作用圖6

不同短路比工況下整流側(cè)LCC定電流控制與逆變側(cè)MMC定電壓控制交互作用3）各控制參數(shù)可行域的相互制約關(guān)系。在3組不同短路比工況下分別計算得到了3種控制參數(shù)組合下的參數(shù)可行域如圖7~9所示。由圖可知，各控制參數(shù)之間存在相互制約關(guān)系，一組控制參數(shù)的取值增大會限制其他控制參數(shù)的可行范圍；當(dāng)SCR減小時，3種控制參數(shù)組合下的參數(shù)可行域范圍均明顯縮小。圖7

不同短路比工況下KpUdc_LCC和KpUdc_MMC可行域圖8

不同短路比工況下KpUdc_LCC與KpIdc_r的可行域圖9

不同短路比工況下下KpUdc_MMC與KpIdc_r的可行域4、結(jié)論通過建立混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)的等效SISO反饋模型，分離出不同控制回路的耦合控制通道，定量評估了短路比、交流聯(lián)絡(luò)線長度等因素對控制回路間交互作用的影響，得到如下結(jié)論：1）混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)LCC定電流控制回路、逆變側(cè)LCC和MMC定電壓控制回路之間存在交互作用，在弱電網(wǎng)工況下各控制環(huán)節(jié)的動態(tài)交互作用較強(qiáng)。2）在逆變側(cè)聯(lián)接弱電網(wǎng)時，逆變側(cè)LCC和MMC定電壓控制回路動態(tài)交互作用增強(qiáng)，兩控制環(huán)節(jié)參數(shù)存在相互制約關(guān)系；交流聯(lián)絡(luò)線長度縮短會使逆變