GB/T 43534-2023 高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗设计及测试方法

　　ICS 29.200 CCS K 46

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43534—2023

　　高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗

　　设计及测试方法

　　Design and testing methodsforAC sideimpedanceofvoltagesourceconverter

　　basedhigh voltagedirectcurrent(VSC-HVDC)transmission

　　2023-12-28发布 2024-07-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43534—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 阻抗影响因素 2

　　4. 1 概述 2

　　4. 2 电压源换流器一次系统 3

　　4. 3 电压源换流器控制系统 3

　　4. 4 电压源换流器控制链路延时 3

　　5 阻抗设计要求 4

　　5. 1 交流电网和电压源换流器阻抗比的设计要求 4

　　5. 2 电压源换流器交流侧阻抗设计要求 5

　　6 延时测试条件及测试方法 5

　　6. 1 通则 5

　　6. 2 控制链路延时测试条件及测试方法 6

　　6. 3 分系统链路延时测试条件及测试方法 7

　　7 阻抗测试条件及测试方法 10

　　7. 1 测试条件 10

　　7. 2 测试方法 10

　　附录 A (资料性) 柔性直流输电系统电气振荡 12

　　附录 B (资料性) 正向过零点 15

　　参考文献 16

　　Ⅰ

　　GB/T 43534—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国电器工业协会提出 。

　　本文件由全国高压直流输电设备标准化技术委员会(SAC/TC333)归 口 。

　　本文件起草单位 :南方电网科学研究院有限责任公司 、西安高压电器研究院股份有限公司 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院 、国网智能电网研究院有限公司 、北京四方继保自动化股份有限公司 、荣信汇科电气股份有限公司 、广东电网有限责任公司电力科学研究院 、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局 、国网经济技术研究院有限公司 、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 、上海交通大学 、中国三峡建工(集团)有限公司 、许继集团有限公司 、西安许继电力电子技术有限公司 、南京南瑞继保电气有限公司 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 、清华四川能源互联网研究院 、特变电工西安柔性输配电有限公司 、中国南方电网深圳供电局有限公司 、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局 、北京交通大学 、云南电网有限责任公司 、云南电网有限责任公司电力科学研究院 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 、新疆维吾尔 自治区产品质量监督检验研究院 、广东电网有限责任公司东莞供电局 、国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 。

　　本文件主要起草人 :许树 楷 、周 会 高 、邹 常 跃 、张 怿 宁 、黄 超 、冯 俊 杰 、高 阳 、张 效 宇 、许 钒 、翁 海 清 、李歆蔚 、陈怡静 、刘劲松 、严喜 林 、季 一 鸣 、许 烽 、赵 晓 斌 、傅 闯 、薛 英 林 、吕 敬 、杨 张 斌 、赵 洋 洋 、刘 启 建 、汪楠楠 、马燕君 、代 书 龙 、施 健 、王 小 岭 、鞠 乘 镐 、张 钧 阳 、樊 丽 娟 、张 长 虹 、杨 晓 辉 、徐 阳 、刘 金 、王 磊 、杨远航 、彭俊臻 、邢超 、陈名 、田战玲 、周月宾 、李巍巍 、陈威 、胡迪 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43534—2023

　　高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗

　　设计及测试方法

　　1 范围

　　本文件规定了高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗设计要求 ,描述了高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗影响因素 、延时测试条件及测试方法和阻抗测试条件及测试方法 。

　　本文件适用于采用模块化多电平电压源换流器的高压直流输电系统 。

　　注 : 本文件主要考虑的阻抗频率范围为百赫兹至数千赫 兹 ,用 于 电 压 源 换 流 器 与 交 流 系 统 出 现 该 频 率 范 围 内 的 电气振荡分析 。柔性直流输电系统电气振荡的振荡 频 率 范 围 、分 析 方 法 、电 压 源 换 流 器 交 流 侧 阻 抗 理 论 建 模 、电压源换流器交流侧阻抗测试注意事项及振荡抑制方法见附录 A。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 15289—2013

　　数字存储示波器通用规范

　　GB/T 34118—2017

　　高压直流系统用电压源换流器术语

　　GB/T 40601—2021

　　电力系统实时数字仿真技术要求

　　GB/T 40865—2021

　　柔性直流输电术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 15289—2013、GB/T 34118—2017、GB/T 40601—2021、GB/T 40865—2021界 定 的 以 及 下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　电压源换流器 voltagesourceconverter;VSC

　　一种交流/直流换流器 , 由一个集中的直流电容器或换流器各桥臂内的多个分散式直流电容器提供平滑的直流电压 。

　　[来源 :GB/T 34118—2017,5. 3,有修改] 3.2

　　换流器单元 converterunit

　　由交流侧公共连接点与直流侧公共连接点之间的所有设备组成的不可分割的运行单元 。

　　注 : 主要包括一个或多个电压源换流器单元 、一台或多台联接变压器 、换流器控制单元 、阀基控制设备 、基本保护和开关装置以及用于换流的辅助设备(如有) 。

　　[来源 :GB/T 34118—2017,7. 5,有修改] 3.3

　　换流器控制 convertercontrol

　　用于单个换流器单元的控制 、监测和保护的控制系统 。

　　1

　　GB/T 43534—2023

　　[来源 :GB/T 34118—2017,12. 8,有修改] 3.4

　　子模块 sub-module;SM

　　模块化多电平换流器标准组件 ,其中每个开关单元仅由一个 IGBT-二极管对组成 。

　　[来源 :GB/T 34118—2017,7. 13,有修改] 3.5

　　阀基控制设备 valvebasecontroller;VBC

　　连接极控制层和子模块控制器 ,与两个系统进行信号交互 ,对电压源换流器阀进行触发控制和保护的电子设备 。

　　[来源 :GB/T 40865—2021,7. 22] 3.6

　　子模块控制器 sub-modulecontroller;SMC

　　连接 VBC并与其进行信号交互 ,对子模块进行控制和保护的电子设备 。

　　[来源 :GB/T 40865—2021,7. 23] 3.7

　　脉冲分配板 pulsedistribution board

　　阀基控制设备中直接与子模块相连的控制板 。

　　3. 8

　　硬件在环试验 hardware in theloop testing;HIL

　　实时数字仿真器和实际物理模型通过实时仿真接口连接 ,构成数字仿真模型与实际物理模型的闭环系统并实时交互运行的过程 。

　　[来源 :GB/T 40601—2021,3. 5] 3.9

　　换流器交流侧阻抗 AC side impedanceofconverter

　　ZVSC

　　将换流器单元视为含源一端 口 , 当该端口内部电源置零后 ,在稳态工作点下交流侧端口某一频率小信号电压与该频率流入该端口小信号电流的比值 。

　　3. 10

　　控制链路延时 controldelay

　　从事件发生到控制系统完成对该变化事件做出响应的时间差 。

　　3. 11

　　采样率 sampling rate

　　单位时间内对信号进行采样的次数(Sa/s 或 SPS) 。

　　注 : 为区分实时采样和等效采样 ,通常将基于实时采样的采样率称为实时采样率 ,基于等效采样的采样率称为等效采样率 。

　　[来源 :GB/T 15289—2013,3. 4. 3,有修改]

　　4 阻抗影响因素

　　4. 1 概述

　　电压源换流器交流侧阻抗影响因素主要包括 : 电压源换流器一次系统 、电压源换流器控制系统 、电压源换流器控制链路延时等 。

　　2

　　GB/T 43534—2023

　　4.2 电压源换流器一次系统

　　影响电压源换流器交流侧阻抗的一次系统主要设备包括 :联接变压器 、桥臂电抗器 、换流阀及其连接 ,如图 1所示 ,其中 Zs 为交流电网阻抗 。

　　图 1 影响电压源换流器交流侧阻抗的一次系统主要设备示意图

　　4.3 电压源换流器控制系统

　　影响电压源换流器交 流 侧 阻 抗 的 控 制 系 统 的 环 节 包 括 : 采 样 、信 号 处 理 、功 率/电 压 控 制 、电 流 控制等 。

　　4.4 电压源换流器控制链路延时

　　4.4. 1 控制链路延时组成

　　4.4. 1. 1 控制链路延时组成部分

　　如图 2所示 , 电压源换流器控制链路延时包括 :

　　— 一次传感器延时 t0 ;

　　— 模数转换单元延时 t1 ;

　　— 换流器控制单元延时 t3 ;

　　— 阀基控制设备延时 t5 ;

　　— 子模块控制器延时 t7 ;

　　— 零阶保持器等效单元延时 t8 ;

　　— 各单元间的通信延时 t2 、t4、t6 等 。

　　图 2 控制链路延时组成示意图

　　4.4. 1.2 一次传感器延时 t0

　　一次传感器延时指传感器将高电压/大电流转换为低电压/小电流的时间 。

　　3

　　GB/T 43534—2023

　　4.4. 1.3 模数转换单元延时 t1

　　模数转换单元延时指从模数转换单元接收到一次传感器低电压/小电流输出信号到发出给换流器控制单元数字信号的时间差 。

　　4.4. 1.4 换流器控制单元延时 t3

　　换流器控制单元延时指从换流器控制单元接收到模数转换单元数字信号到发出给阀基控制设备数字信号的时间差 。

　　4.4. 1.5 阀基控制设备延时 t5

　　阀基控制设备延时指从阀基控制设备接收到换流器控制单元数字信号到发出给子模块控制器数字信号的时间差 。

　　4.4. 1.6 子模块控制器延时 t7

　　子模块控制器延时为子模块控制器接收到阀基控制设备数字信号到全控开关器件动作的时间差 ,包含防止子模块上下管同时导通的死区时间 。

　　4.4. 1.7 模块间的通信延时 t2 、t4 、t6

　　通信延时包括模数转换单元与换流器控制单元间的通信延时 t2、换流器控制单元与阀基控制设备间的通信延时 t4、阀基控制设备与子模块控制器间的通信延时 t6 等 。

　　4.4. 1. 8 零阶保持器等效单元延时 t8

　　零阶保持器等效单元延时是电压源换流器将离散控制信号转换成连续电气量的等效时间 , 约为控制周期的一半 。

　　4.4.2 控制链路延时要求

　　电压源换流器控制链路延时宜不大于 200 μs。

　　5 阻抗设计要求

　　5. 1 交流电网和电压源换流器阻抗比的设计要求

　　5. 1. 1 交流电网阻抗

　　交流电网阻抗是评估谐振风险的输入条件 ,交流电网阻抗数据要求如下 :

　　a) 所提供的交流电网阻抗数据应从电压源换流器并网点往交流电网侧看入 ,如图 3 的 Zs 所示 ;

　　b) 提供的交流电网阻抗数据频率范围宜至少覆盖 200 Hz~ 5 000 Hz,步长应不大于 5 Hz,提供的阻抗数据应包括每个频率点的阻抗幅值和阻抗相位 ,数据以列表的形式呈现 。

　　注 : 交流电网阻抗考虑的运行方式一般包括全接线以及部分线路退出的运行方式 。

　　4

　　GB/T 43534—2023

　　图 3 电压源换流器接入交流电网示意图

　　5. 1.2 阻抗比设计要求

　　电压源换流器接 入 交 流 电 网 的 谐 振 风 险 可 通 过 Zs/ZVSC (简 称 阻 抗 比) 评 估 , 阻 抗 比 的 设 计 要 求如下 :

　　a) 阻抗比应满足奈奎斯特稳定判据 ,频率范围宜至少覆盖 200 Hz~ 5 000 Hz;

　　b) 当阻抗比不满足奈奎斯特稳定判据时 ,应采取措施改变 Zs 或 ZVSC 。

　　5.2 电压源换流器交流侧阻抗设计要求

　　电压源换流器交流侧阻抗 ZVSC设计要求如下 。

　　a) 电压源换流器交流侧阻抗设计保证柔性直流输电系统不与交流电网发生振荡 。

　　注 : 电压源换流器交流侧阻抗在 200 Hz~ 5 000 Hz范围内理想相位为 -90°~ 90°。

　　b) 工程设计阶段提供电压源换流器交流侧阻抗数据 ,提供的阻抗数据应包括正序阻抗和负序阻抗 ,频率范围宜至少覆盖 200 Hz~ 5000 Hz,步长应不大于 5 Hz;提供的阻抗数据应包括每个频率点的阻抗幅值和阻抗相位 ,数据以列表的形式呈现 。

　　c) 控制链路延时是影响电压源换流器交流侧阻抗的重要因素 ,提供交流侧阻抗测试结果时同时提供控制链路延时测试结果 ,在具备测试条件之前可先提供控制链路延时的估计值 。

　　d) 提供电压源换流器交流侧阻抗数据时 , 宜考虑所有可能采用的控制策略 , 例如定直流电压控制 、定功率控制等控制方式 。

　　e) 电压源换流器交流侧阻抗至少经过理论计算 、电磁暂态仿真 、硬件在环试验三者中的两者相互校验 。

　　f) 电压源换流器交流侧阻抗若因控制策略或控制参数改变而发生变化 ,重新计算阻抗数据 。

　　g) 根据各种运行方式下交流电网阻抗数据 ,评估柔性直流输电系统接入交流电网的谐振风险 。若存在谐振风险 ,应采取措施保证柔性直流输电系统接入交流电网时不发生谐振 。采取措施后 ,应更新电压源换流器交流侧阻抗数据 。

　　6 延时测试条件及测试方法

　　6. 1 通则

　　延时测试通则如下 :

　　a) 在柔性直流工程功能验证试验阶段应对控制装置的延时(t1 ~t7 之和) 进行测试 ,测试条件及方法按照 6. 2 实施 ;

　　注 : 功能验证试验通过进行闭环仿真试验对成套直 流 控 制 保 护 设 备 的 总 体 功 能 进 行 检 查 、优 化 和 验 证 。包 括 验 证控制保护软件设计的正确性 ,检查各控制保护设备之间相互配合的正确性 ,检验各种运行方式下控制保护的功

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　　GB/T 43534—2023

　　能与交直流一次系统之间相互作用的正确性 ,验证顺 序 控 制 逻 辑 的 正 确 性 以 及 冗 余 控 制 保 护 系 统 切 换 和 辅 助电源掉电对输电过程的影响 。

　　b) 电压源换流器应对各分系统延时进行测试 ,包括一次传感器和模数转换单元 、换流器控制单元以及阀基控制设备和子模块控制器 ,测试条件及方法按照 6. 3 实施 ;

　　c) 链路延时测试的输入量根据工程需要确定 ,一般包括电压和电流量 。

　　6.2 控制链路延时测试条件及测试方法

　　6.2. 1 测试条件

　　电压源换流器控制链路延时测试所用的示波器采样率宜不低于 1 GSa/s。

　　6.2.2 测试方法

　　在柔性直流工程功能性能试验阶段应对控制系统的延时进行测试 , 电压源换流器控制链路延时测试方案原理如图 4所示 。

　　a) 物理装置连接原理图

　　b) 信号流示意图

　　图 4 控制链路延时测试原理图

　　具体测试步骤如下 。

　　a) 对功率放大装置 、采样板 、示波器等设备进行零点漂移(零漂)校正 。

　　b) 在实时仿真模型中 ,给定理想基波电压 Uabc1 (或基波电流Iabc1)信号 ,经过功率放大器输出交流

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　　GB/T 43534—2023

　　电压基准信号 Uabc2 (或电流 Iabc2) 。

　　c) 功率放大器输出的基准信号分别发送至示波器通道 1 和模数转换单元 ,模数转换单元接收到基准信号进行处理后得到的电压 Uabc3 (或电流 Iabc3)发送至换流器控制装置 。

　　d) 换流器控制装置接收到模数转换单元发送的电压 Uabc3 (或电流 Iabc3) ,执行完整的换流器控制算法之后 , 当电压 Uabc3 (或电流Iabc3)正向过零时输出标志信号 P1 。正向过零点判据见附录 B。

　　e) 阀基控制设备执行完整的阀基控制算法 , 当接收到换流器控制装置输出的标志信号 P1 时 ,脉冲分配板输出全控开关器件开通信号 P2 ,将 P2 输入子模块控制器 ,经驱动板生成相应的驱动信号 P3 ,并接入示波器通道 2。

　　f) 测量示波器中电压 Uabc2 (或 电 流 Iabc2 ) 基 准 信 号 正 向 过 零 点 与 驱 动 信 号 P3 上 升 沿 的 时 间 差Δt, 即为控制装置延时的测量值 。 如图 5 所示为电压 Uabc2 (或电流 Iabc2 ) 基准信号与 驱 动 信号 ,基准信号过零点与 驱 动 信 号 上 升 沿 的 时 间 差 即 为 电 压(或 电 流) 通 道 的 控 制 装 置 延 时 测量值 。

　　图 5 控制装置延时测量示意图

　　g) 重复步骤 a) ~ e) ,测试次数应不小于 20次 ,选取最小延时 Δtmin确定为控制装置的延时 。

　　h) 功能性能试验系统所测控制装置的延时 Δtmin加上一次传感器延时 t0、零阶保持器等效单元延时 t8 后得到控制链路延时 。

　　6.3 分系统链路延时测试条件及测试方法

　　6.3. 1 通则

　　为明确电压源换流器控制链路延时的组成 ,应对各分系统延时进行测试 ,包括一次传感器和模数转换单元 、换流器控制单元 、阀基控制设备和子模块控制器 。

　　6.3.2 一次传感器和模数转换单元延时测试条件及测试方法

　　6.3.2. 1 测试条件

　　一次传感器和模数转换单元延时测试时 ,输入的工频或阶跃电压 、电流不小于 0. 1标幺值 。

　　6.3.2.2 测试方法

　　图 6 为柔性直流输电系统一次传感器和模数转换单元延时测试示意图 。 同一电气量输入一次传感

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　　器与标准互感器进行测量 ,在校验仪中对模数转换单元和标准互感器的输出信号相位进行比较 ,计算得到一次传感器和模数转换单元的延时 , 即为图 2 中的 t0 与 t1 两个延时之和 。

　　图 6 测量装置延时测试示意图

　　测试方法如下 :

　　a) 采用 0. 1标幺值工频电压或电流作为一次传感器输入 ,测量一次传感器和模数转换单元的稳态延时 ;

　　b) 采用不低于 0. 1标幺值的阶跃电压或电流作为一次传感器输入 ,根据信号达到 90%变化量所需时间 ,测量一次传感器和模数转换单元的上升时间 。一次电流或电压的上升阶跃也可由下降阶跃代替 。

　　一次传感器和模数转换单元延时测试采用以上两种方法 ,选用其中较大值作为测试结果 。

　　6.3.3 换流器控制单元延时测试条件及测试方法

　　6.3.3. 1 测试条件

　　换流器控制单元延时测试条件如下 :

　　a) 示波器采样率宜不低于 1 GSa/s;

　　b) 测试信号转换板具备光协议信号转电信号功能 ,可将正弦信号转换为方波信号 ,光电转换时间宜不大于 100 ns。

　　6.3.3.2 测试方法

　　换流器控制单元被测链路应包括换流器控制单元延时 t3、换流器控制单元与阀基控制设备间通信延时 t4 ,测试方法如图 7所示 ,测试步骤如下 :

　　a) 模数转换单元输出正弦信号 Sa 的光协议信号 ,经分光器分别传输到换流器控制单元和测试信号转换板 ;

　　b) 换流器控制单元接收到分光器 1 信号 ,执行完整的换流器控制算法之后 ,将调制正弦信号 Sb发送到分光器 2,经分光器 2分别传输到阀基控制设备和测试信号转换板 ;

　　c) 测试信号转换板将分光器输入的光协议信号转换为电平信号 Da、Db 接入示波器 ;

　　d) 计算 Da 和 Db 两个信号的时间差 , 即为换流器控制单元被测链路延时 。

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　　GB/T 43534—2023

　　图 7 换流器单元延时测试示意图

　　6.3.4 阀基控制设备及子模块控制器延时测试条件及方法

　　6.3.4. 1 测试条件

　　阀基控制设备及子模块控制器链路延时测试条件如下 :

　　a) 示波器采样率宜不低于 1 GSa/s;

　　b) 测试信号转换板具备光协议信号转电信号功能 ,可将正弦信号转换为方波信号 ,光电转换时间宜不大于 100 ns。

　　6.3.4.2 测试方法

　　阀基控制设备及子模块控制器链路延时测试方法如图 8所示 ,测试步骤如下 :

　　a) 修改换流器控制单元程序 ,使阀基控制设备将换流器控制单元下发的周期性变化控制信号 P4转化为被测子模块全控开关器件周期性开通关断 ,P4 的变化周期宜不小于 t5 ~t7 三个延时之和的 10倍 ;

　　b) 换流器控制单元下发给阀基控制设备的控制信号 P4,经分光器 3 分别传输到阀基控制设备和测试信号转换板 ;

　　c) 阀基控制设备执行完整的工程算法 ,形成下发给子模块控制器的光协议信号 P5 ,光协议信号P5 经分光器 4分别传输到子模块控制器和测试信号转换板 ;

　　d) 子模块控制器执行完整的工程算法 ,形成全控开关器件开通关断脉冲指令 ,经驱动板形成全控开关器件的驱动脉冲 P6 ;

　　e) 测试信号转换板分别将分光器 3、分光器 4输入的光协议信号转换为电平信号 Dc、Dd ;

　　f) 示波器同时接入信号 Dc、Dd、P6 ,计算信号 A 和 B 的时间差 , 即为延时 t5 与延时 t6 之和 ;计算信号 B 和 P6 全控开关器件开通的时间差 , 即为子模块控制器延时 t7 。

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　　图 8 阀基控制设备及子模块控制器链路延时测试示意图

　　7 阻抗测试条件及测试方法

　　7. 1 测试条件

　　对电压源换流器交流侧阻抗进行测试时 ,测试条件要求如下 。

　　a) 对电压源换流器交流侧正序和负序阻抗进行测试 。测试电压源换流器正序交流侧阻抗时 ,宜在电网电压中叠加正序谐波电压或电流源 ;测试电压源换流器负序交流侧阻抗时 ,宜在电网电压中叠加负序谐波电压或电流源 。

　　注 : 为叙述方便 ,本文件的谐波同时包含谐波和间谐波 。

　　b) 测试频率间隔不大于 5 Hz,换流器并网点电压 、电流采样时间窗大于 0. 2 s。

　　c) 对于电压源换流器电磁暂态仿真步长宜不大于 20 μs;硬件在环试验中 , 系统主接线仿真步长宜不大于 50 μs,换流阀仿真步长宜不大于 5 μs。

　　7.2 测试方法

　　7.2. 1 通则

　　电压源换流器交流侧阻抗测试方法包括 :谐波电压注入法和谐波电流注入法 。

　　在柔性直流工程设计阶段应基于电磁暂态仿真或硬件在环试验对电压源换流器交流侧阻抗进行测试 。

　　7.2.2 谐波电压注入法

　　基于谐波电压注入法的电压源换流器交流阻抗测试原理如图 9所示 ,测试步骤如下 。

　　a) 选取合适的交流电网模型 。 当电压源换流器接入交流大电网时 ,交流电网模型宜采用理想电压源 ; 当电压源换流器接入无源系统时 ,交流电网可采用阻感负载模型 。

　　b) 从联接变压器网侧向换流器注入谐波电压源 。

　　c) 采集电压源换流器联接变压器网侧端口的相电压和电流信号 ,并进行正负序分离和傅里叶分解处理 。

　　d) 针对注入的谐波频率 ,将电压幅值除以电流幅值获得阻抗幅值 ,将电压相位减去电流相位获得阻抗相位 。

　　e) 改变注入的谐波电压频率 ,重复 b) ~ d)直至完成所要求频率范围的阻抗测试 。

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　　图 9 基于谐波电压注入法的电压源换流器交流侧阻抗测试原理

　　7.2.3 谐波电流注入法

　　基于谐波电流注入法的电压源换流器交流阻抗测试原理如图 10所示 ,测试步骤如下 。

　　a) 选取合适的交流电网模型 。 当电压源换流器接入交流大电网时 ,交流电网可采用理想电压源串联电抗模型 ; 当电压源换流器接入无源系统时 ,交流电网宜采用阻感负载或空载模型 。

　　b) 从联接变压器网侧向换流器注入谐波电流源 。

　　c) 采集电压源换流器联接变压器网侧端口的相电压 、流入电压源换流器的电流 ,并进行正负序分离和傅里叶分解处理 。

　　d) 针对注入的谐波频率 ,将电压幅值除以电流幅值获得阻抗幅值 ,将电压相位减去电流相位获得阻抗相位 。

　　e) 改变注入的谐波电流频率 ,重复 b) ~ d)直至完成所要求频率范围的阻抗测试 。

　　图 10 基于谐波电流注入法的电压源换流器交流侧阻抗测试原理

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　柔性直流输电系统电气振荡

　　A. 1 电气振荡频率范围

　　柔性直流输电系统与交流系统(例如交流电网或新能源发电系统) 间可能发生电气振荡现象 ,振荡频率覆盖数赫兹到数千赫兹范围 。在 100 Hz以下 , 电压源换流器存在较强的频率耦合效应 ,宜考虑频率耦合对电压源换流器阻抗特性的影响 ;在 200 Hz 以上 ,通常可忽略频率耦合带来的影响 。本文件考虑的阻抗频率范围为百赫兹至数千赫兹 。

　　A.2 振荡分析方法

　　基于阻抗的稳定性分析方法是分析电气振荡的有效工具之一 ,其通过构成系统的电源(交流电网或柔性直流)与负载(柔性直流或新能源发电系统)的阻抗比判断系统稳定性 。根据该方法 , 电源或负载存在负阻尼(交流侧阻抗具有负实部)是发生振荡的必要条件 。

　　A.3 电压源换流器交流侧阻抗理论建模

　　以图 A. 1所示的控制结构为例 ,说明电压源换流器交流侧阻抗理论建模过程 。

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　　标引符号说明 :

　　uA 、uB、uC — 电压源换流器交流侧三相电压 ;

　　iA、iB、iC — 电压源换流器交流侧三相电压 ;

　　θPLL — 电压源换流器交流侧电压相角 ;

　　udP 、uqP 、udN 、uqN — 电压源换流器交流侧正序电压 d、q轴分量和负序电压 d、q轴分量 ;

　　idP 、iqP 、idN 、iqN — 电压源换流器交流侧正序电压 d、q轴分量和负序电压 d、q轴分量 ;

　　idP(ref)、iq(r)P(ef)、idN(ref)、iqN(ref) — 电压源换流器交流侧正序电压 d、q轴分量参考值和负序电压 d、q轴分量参考值 ;

　　uAB(ref)C — 电压源换流器调制波 ;

　　Gsd — 正负序提取环节传递函数 ,例如可选取为 1/4工频周期延时滤波 ,Gsd=0. 5(1+ e- sT/4) ,T 为工频周期 ;

　　Gi — 电流内环控制器传递函数 ;

　　Kd — 电流内环解耦系数 ;

　　Gsv、Gsi — 电压采样和电流采样环节传递函数 ;

　　Gd — 系统链路延时传递函数 。

　　图 A. 1 电压源换流器控制框图示例

　　当针对百赫兹至数 千 赫 兹 的 谐 振 问 题 对 电 压 源 换 流 器 交 流 侧 阻 抗 进 行 理 论 建 模 时 , 宜 考 虑 以 下因素 :

　　a) 控制系统 :采样 、正负序分解 、坐标变换 、正序电流控制环 、负序电流控制环 、电压前馈 、dq轴解耦控制等 ;

　　b) 电压源换流器控制链路延时 。

　　一般需要分别建立电压源换流器的正序和负序交流侧阻抗 。在如图 A. 1 所示的控制框图下 , 电压

　　13

　　GB/T 43534—2023

　　源换流器正序交流侧阻抗表达式见公式(A. 1) :