MMC-HVDC系统小信号阻抗建模及稳定性分析

李清，张连升，毛炽祖，彭光强，罗永捷，宋勇辉

(1. 中国南方电网超高压输电公司检修试验中心，广州510663；2. 重庆大学电气工程学院，重庆 400044)

0 引言

由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有模块化结构，可扩展性大，效率高，体积小，谐波性能优越，易于安装、维护等优点，在高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)、分布式能源并网以及异步电网互联中得到了广泛应用[1]。但近年来国内外多个基于MMC的高压直流输电工程在调试或运行过程中出现了高频谐波振荡现象，基于MMC的光伏、风电并网系统中也多次出现了工频以下的次同步振荡现象，严重影响系统的安全稳定运行[2]。由于MMC结构相比于传统的两电平、三电平换流器复杂，导致其控制系统要比传统的换流器更为复杂，MMC的多时间尺度动态控制特性及其与电网之间的相互作用是导致系统振荡事故频发主要因素[3]。因此，针对MMC-HVDC系统进行稳定性分析显得尤为重要。

MMC小信号模型是分析MMC-HVDC系统稳定性的重要工具。由于MMC在稳态运行时桥臂电流和电容电压中具有多种频次的谐波分量，具有典型的时变非线性及多频率响应特征，导致传统电力电子变换器的建模方法和线性系统分析方法均难以直接应用于MMC[4]。目前对于MMC的小信号建模方法可以分为时域和频域两类。

时域建模法通过获得系统的参数矩阵进而基于特征值和根轨迹分析系统的小信号稳定性。在时域分析方面，文献[5]提出了MMC上下桥臂小信号模型，但是忽略了子模块电容电压波动。……