柔性高压直流换流阀AC-DC高频交互机制与阀侧振荡抑制策略研究

这篇研究深入探讨了柔性高压直流(HVDC)系统中换流阀的高频振荡问题，通过卷积傅里叶级数建立了宽频域瞬态模型，揭示了模块电压等级、线路参数与高频谐波的定量关系。创新性提出直流匹配电抗器硬件方案与双策略控制（开关频率优化+主动阻尼），实验验证可使高频谐波降低50%，实时仿真显示总谐波畸变率(THD)从5.74%降至0.80%，为±420kV级工程提供了稳定性提升方案。

　　

柔性高压直流换流阀的高频振荡困局与破解之道

AC-DC高频交互机制建模

研究团队通过卷积傅里叶级数创新性地解构了传统开关模型，建立了涵盖0.1-10kHz宽频域的MMC瞬态模型。关键发现表明，换流阀极间直流电压的高频分量与控制系统的高频调制量M_k呈正相关，而与桥臂电抗器L₀的阻抗呈反比。特别值得注意的是，当2ω_kL₀接近下游网络阻抗时，系统会出现显著谐振现象，这解释了法国-西班牙互联工程中观测到的1.6kHz振荡案例。

阀侧振荡的硬件抑制策略

针对工程中难以调整线路参数的约束，研究提出直流匹配电抗器(L_dc)的硬件解决方案。当满足L_dc=3/(ω_k²C₀)的阻抗匹配条件时，高频谐波可降低约50%。7模块物理测试系统验证了该方案的有效性，在L_dc=10mH匹配工况下，极间电压波动幅度从±2V降至±1V。值得注意的是，该设计避免了修改现有电容参数，显著提升了工程适用性。

双管齐下的智能控制方案

控制策略创新性地融合了两个维度：开关频率优化算法将功率模块平均开关频率从1500Hz降至120Hz，通过保持因子k_rank=1±λ实现动态调节；主动阻尼控制则采用800Hz截止频率的高通滤波器，引入虚拟电阻R_f实现高频分量快速衰减。实时仿真显示，这种"硬件筑基+软件优化"的组合策略使±420kV系统的THD从5.74%锐减至0.80%，同时降低87%的开关损耗。

跨电压等级的工程验证

研究团队通过7模块实验平台与全尺寸(216模块)仿真对比，证实了动态相似原理在高低压系统间的适用性。参数分析表明，对于±800kV特高压系统，匹配电抗器成本约占换流站总投资的3-4%，需采用油浸式冷却方案。特别值得关注的是，该方案在弱电网(SCR<3)环境下仍保持稳定，为可再生能源并网提供了关键技术支撑。

这项研究从机理分析到工程实践，构建了完整的柔性直流高频振荡解决方案框架，其模型精度和抑制效果均显著优于传统单策略方法，为新一代高压直流输电系统的安全运行树立了技术标杆。