高压大容量电压源换流器LCL滤波特性及控制稳定性分析VIP免费

2014年6月电工技术学报V01．29No．6第29卷第6期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJun．2014高压大容量电压源换流器LCL滤波特性及控制稳定性分析武迪赵晓冬荆平(中国电力科学研究院南京210003)摘要电压源换流器(vsc)一般采用常规的LCL低通滤波器滤除换流阀产生的高频谐波分量，但会造成一次系统的谐振以及谐振频率处控制器的响应特性的变化。高压大容量换流器的开关频率低，其滤波器参数设计更为复杂。针对滤除谐波及抑制谐振，分析了基于LCL滤波器的VSC系统的一次系统阻频特性以及系统电压传递函数，得出滤波器参数设计方法。基于阀侧电流反馈的dq电流直接控制，建立了包含LCL滤波器在内的电流内环控制系统模型，分析其开环及闭环的控制响应特性，研究得到在抑制系统不稳定及抑制谐振处谐波增益时反馈采样环节的截止频率选取原则。基于LCL的三相VSC建立了高压大容量换流器的仿真模型及等比例缩小的试验系统，仿真及试验结果验证了针对高压大容量换流器的LCL滤波器参数设计方法的合理性及谐振抑制方法的可行性。关键词：电压源换流器阻频特性阀侧电流谐振中图分类号：TM46CharacteristicAnalysisandDesignofLCLFilterforHigh--VoltageLarge·-CapacityVSCWuDiZhaoXiaodongJingPing(ChinaElectronicPowerResearchInstituteNanjing210003China)AbstractLCLfilterarecommonlyusedforVSC(Voltagesourceconverter)tofilterhigh—frequencyharmoniccomponentswhicharegeneratedbyVSCvalves．Butresonanceoftheprimarysystemmightoccurandresponsecharacteristicsofconverter’Scontrolleratresonantfrequencymightchange．Theswitchingfrequencyofhigh—voltagelarge—capacityconverterislowandparameterdesignmethodoffilteriscomplicated．Aimingatharmonicfilteringandresonancesuppression，impedance—frequencycharacteristicsoftheprimarysystemandsystemvoltagetransferfunctionforVSCbasedonLCLareresearched．ParameterdesignmethodofLCL—filterisobtained．Basedonfeedbackofcurrentatvalveside，controlsystemmodelofcurrentregulationloopisestablishedandtheopenloopandcloseloopcontrolresponsecharacteristicsareanalyzed．Forsuppressingsysteminstabilityandharmonicgainatresonancefrequency,designmethodofcutofffrequencyforthesamplingfeedbacklinkisresearched．SimulationmodelofVSCbasedonLCLanditsscalingdownexperimentalsystemareestablished，andsimulationandexperimentalresultsproverationalityofparameterdesignmethodforLCLfilterandresonancesuppressionmethod．Keywords：Voltagesourceconverter(VSC)，impedance—frequencycharacteristics，currentatvalveside，resonance国家重大科技专项资助项目(2011ZX02503．006)收稿日期2叭1．12．28改稿日期2012一ll一06第29卷第6期武迪等高压大容量电压源换流器LCL滤波特性及控制稳定性分析1631引言随着电力电子控制技术及全控器件的发展，采用柔性控制方式的电压源换流器(VoltageSourceConverter，VSC)由于诸多优点，在电力系统中如柔性直流输电、新能源等领域得到较广的应用D-3]。在电力工程及科研领域中，电压源换流器的额定运行功率及额定电压不断提高。引入PWM调制技术【4】的高压大容量电压源换流器会产生开关频率倍数次的特征谐波电流，这些谐波分量通过换流变压器注入配电网后会影响网侧的电能质量并增大变压器的损耗。为满足VSC并网侧电能质量的要求，VSC变流器常需安装滤波器。近年来，复用VSC换流电抗器及换流变压器漏抗组成的LCL低通滤波器可作为VSC的输出滤波器的有效可行的解决方案。业内针对VSC的LCL滤波器设计文献较多，如建立求解以电流谐波衰减比例及谐振频率为变量的方程，其参数设计复杂，不易应用于工程。LCL滤波器存在由于其物理拓扑决定的谐振现象，若参数选取不当，谐振问题严重时可威胁VSC系统的稳定性，文献[5，6]分别利用阻尼电阻及虚拟电阻用以抑制谐振，但分别带来功率损耗及控制复杂的问题。同时，基于LCL的变流器一般采用直接电流控制，文献【7]基于网侧电能质...