بررسی رزنانس زیرسنکرون در خطوط انتقال HVDC مبتنی بر VSC

Investigation of Subsynchronous Resonance With VSC-Based HVDC Transmission Systems

Abstract—The HVDC converter control can destabilize torsional
modes of nearby turbogenerators. The first experience
of HVDC-turbine generator torsional interaction was observed
in 1977 during field tests at Square Butte. The development of
power semiconductors, specially insulated-gate bipolar transistors
and gate turnoff thyristors (GTOs) has led to the small
power HVDC transmission based on voltage-source converters
(VSCs). The self-commutated VSC-based HVDC installations
have several advantages compared to conventional HVDC-based
online-commutated current source converter. The main objective
of this paper is to investigate and present the detailed analysis
of subsynchronous resonance (SSR), arising from a VSC-based
HVDC system connected close to generating units. The analysis
considers different operating modes of the converters. Based on
a case study, it is shown that the dc voltage control mode of VSC
operation (rectifier/inverter) close to the generator units can contribute
positive damping in the torsional-mode frequency range of
interest. The investigations of SSR with VSC-based HVDC is carried
out based on linear (damping torque and eigenvalue) analysis
and nonlinear transient simulation. While the damping torque,
eigenvalue analysis, and controller design are based on the 􀀀-
model, the transient simulation considers the 􀀀- model and the
three-phase detailed model of VSC using switching functions. The
influence of the operating modes of the converters and effects of
some important parameters, such as effective short circuit ratio
and generator rating are investigated..

بررسی رزنانس زیرسنکرون در خطوط انتقال HVDC مبتنی بر VSC 

چکیده

کنترل مبدل- HVDC ممکن است باعث ناپایداری مدهای پیچشی توربو ژنراتورهای مجاور شود. اولین تعامل پیچشی ژنراتور توربین- HVDC در سال 1977 در تست­های میدان خط انتقال اسکوآر بات مشاهده شد. ساخت نیمه­هادی­های قدرت، بخصوص ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق و تریستورها با گیت خاموش (GTOها) امکان ساخت انتقال HVDC قدرت مبتنی بر مبدل­های منبع ولتاژ (VSCها) را میسر ساخت. سیستم­های HVDCمبتنی بر VSC با کموتاسیون خودی در مقایسه با مبدل منبع جریان معمولی مبتنی بر HVDC با کموتاسیون آنلاین دارای مزایایی است. هدف اصلی این مقاله بررسی و ارائه آنالیز دقیقرزونانس زیرسنکرون (SSR) ناشی از سیستم HVDC  مبتنی برVSCاست که نزدیک به واحد تولیدی نصب شده است. این آنالیزبه بررسی مدهای عملیاتی مختلف مبدل­ها می­پردازد. براساس یک مطالعه موردی، نشان داده شده است که مد کنترل ولتاژ dcمربوط به عملیات VSC(یکسوساز/اینورتر) نزدیک به نیروگاه­های قدرت ممکن است در میرایی مثبت در محدوه فرکانسیمد پیچشی مورد نظر دخیل باشد. بررسیSSR با HVDCمبتنی برVSC با توجه به آنالیز خطی (میرایی گشتاور و مقادیر ویژه) و شبیه­سازی گذرای غیر خطی انجام شده است. در حالیکه گشتاور میرایی، تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه و طراحی کنترلر­ها براساس مدلD-Q است، شبیه­سازی گذرا از مدل D-Q و مدل دقیق سه­فاز VSCکه از توابع سوئیچینگ استفاده می­کند بهره می­برد. اثر مدهای عملیاتی مبدل­ها و اثراتبرخی از پارامترهای مهم همانند نسبت اتصال کوتاه موثرو مقادیر نامی ژنراتور بررسی شدهاست..