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含单相面对面型MMC-DC/DC变换器的高压直流输电系统阻抗建模及稳定性分析
Impedance Modeling and Stability Analysis of HVDC Systems with Single-Phase Front-to-Front MMC-DC/DC Converters
| 作者 | 刘熠王跃武鸿刘永慧李润田李风漠 |
| 期刊 | 高电压技术 |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 卷/期 | 第 51 卷 第 1 期 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 三相逆变器 单相逆变器 功率模块 多电平 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 面对面型DC/DC变换器 模块化多电平换流器 高压直流输电 阻抗建模 灵敏度 小信号稳定性 刘熠 王跃 武鸿 刘永慧 李润田 李风漠 高电压技术 High Voltage Engineering |
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在海上风电直流汇集系统中，单相模块化多电平换流器面对面型（MMC-FTF）DC/DC变换器是连接中压汇集线与高压直流输电线路的关键设备。目前针对其阻抗建模及系统小信号稳定性研究较少。本文提出共差模提取矩阵，统一了单相与三相MMC的多谐波线性化阻抗模型，并建立了MMC-FTF直流侧阻抗模型。基于阻抗稳定性判据，揭示了其与岸上MMC换流站互联时的振荡风险。通过相角灵敏度分析，量化控制器参数对稳定性的影响，提出参数整定准则。最后通过仿真与硬件在环实验验证了所提模型与方法的有效性。
在海上风电直流汇集-直流送出系统中,基于单相模块化多电平换流器的面对面型(modular multilevel converter based front-to-front,MMC-FTF)高压大功率DC/DC变换器是连接中压汇聚线与高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路的关键接口设备.然而,针对MMC-FTF变换器的阻抗建模鲜有报道,且含MMC-FTF变换器的HVDC系统的小信号稳定性问题尚不明确.针对此问题,该文首先根据频率耦合效应提出共差模提取矩阵,实现了多谐波线性化方法下单相及三相MMC交直流侧阻抗模型的统一,并建立了MMC-FTF变换器的直流侧阻抗模型.其次,利用阻抗稳定性判据揭示了MMC-FTF变换器与岸上三相MMC换流站互联时存在的振荡风险.接着,根据相角灵敏度指标定量评估了不同控制器参数对系统稳定性的影响,并提出用于提升系统稳定性的调参准则.最后,基于MATLAB/Simulink仿真和硬件在环实验验证了结果的正确性.
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SunView 深度解读
该研究对阳光电源的储能与光伏产品线具有重要参考价值。MMC-FTF DC/DC变换器的阻抗建模方法可直接应用于ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统的高压直流侧设计，有助于提升系统稳定性。所提出的共差模提取矩阵技术可优化SG系列1500V光伏逆变器的多电平拓扑控制。该研究的小信号稳定性分析方法对储能变流器的GFM/GFL控制优化具有指导意义，可提升产品在弱电网条件下的并网性能。相角灵敏度分析方法也可用于iSolarCloud平台的系统稳定性评估与预警。