[发明专利]一种基于多开关函数的LCC宽频阻抗模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于多开关函数的LCC宽频阻抗模型构建方法，从LCC自身换相机制出发，使用多个开关函数描述LCC的电流电压，将LCC的换相过程分为纵向换相过程和横向换相过程；构建LCC的时域模型，为换相重叠过程设立对应的开关函数，表达出计及换相过程时的LCC交直流侧电压电流波形；对LCC的时域模型进行线性化，转化到谐波状态空间模型，计算LCC阻抗。本发明基于多个开关函数和谐波状态空间法，并考虑了包括锁相环在内的控制环路影响，建立了一种能够描述电网换相型换流器LCC特征谐波和动态换相重叠过程的模型，可以准确计算出其在0~2000Hz范围内的交直流侧阻抗，填补了当前在LCC宽频阻抗计算方法上的空白，为含LCC系统的谐波稳定性分析提供有力工具。

技术领域

本发明谐波稳定性研究涉及技术领域，具体为一种基于多开关函数的LCC宽频阻抗模型构建方法。

背景技术

谐波稳定性是指研究换流器等非线性负荷接入系统后，系统在某个或某些频率的谐波幅值是否会出现持续增大的现象，即谐波不稳定现象。当谐波不稳定发生时，会影响系统中各设备的正常运行，并且可能使一些保护装置误动作造成更严重的影响。

LCC(line-commutated-converter电网换相换流器)是一种基于晶闸管搭建的大功率换流器，被广泛应用于电力调压调速以及高压直流输电等领域，其拓扑如图1所示。LCC通过控制1～6号晶闸管在一个工频周期内轮流导通实现其交直流侧电能的变换，这一变换方式也会使得其存在交流侧6k±1次和6k次直流侧的特征谐波。另一方面，由于LCC在接入交流侧电压源时中间存在变压器漏感等感性元件，使得其晶闸管的关断不能立刻完成，即存在换相重叠过程，这一过程的持续时间会随外界扰动变化，并且也会对其交直流侧电压电流波形产生影响。因此，需要考虑以上特性，研究含LCC系统的谐波稳定性问题。

在使用阻抗法分析含LCC系统的谐波稳定性时，需要提供LCC在宽频段范围内(0～2000Hz)的交直流侧阻抗。由于LCC含有特征谐波以及换相重叠过程，难以建立其精确的模型，进而计算出需要的阻抗。使用不精确的阻抗进行稳定性分析会导致出现错误的判定结果。

方案1：基于单一电流、电压开关函数计算阻抗，无法正确体现动态(或者说变化的)换相重叠过程；参考文献如下：

[参考文献1]江克证,朱建行,胡家兵,等.计及开关过程的LCC-HVDC小信号建模及其对电力系统电磁尺度稳定性分析[J].清华大学学报(自然科学版),2021,61(05):395-402.

[参考文献2]莫泽,汪娟娟,丁天皓,等.基于改进开关函数的LCC-HVDC直流阻抗建模及小扰动稳定性分析[J/OL].电网技术:1-20[2022-06-09].

方案2：基于状态平均法计算阻抗，无法考虑特征谐波影响，也无法准确反映LCC高频动态特性，参考文献如下：

[参考文献3]周盛宇,汪娟娟,刘岳坤,等.考虑换流阀阻尼电路的LCC-HVDC系统小信号精准建模[J/OL].电网技术:1-17[2022-06-09].DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0127.

[参考文献4]X.Chen,J.Ma,S.Wang,T.Liu,D.Liu and T.Zhu,An AccurateImpedance Model of Line Commutated Converter With Variable CommutationOverlap,in IEEE Transactions on Power Delivery,vol.37,no.1,pp.562-572,Feb.2022,doi:10.1109/TPWRD.2021.3064985.

由于LCC存在换相过程和非换相过程两种工作模式，其原始时域模型需要使用分段函数来表示直流侧电压和交流侧电流，无法在统一连续的表达式下进行分析。