次同步振蕩動態(tài)抑制器控制策略與工程應用研究.pdf

1、隨著風力發(fā)電等新能源的快速增長，大功率電力電子技術的廣泛應用，以復雜交直流系統(tǒng)為組成架構的新能源電力系統(tǒng)逐漸形成。新能源電力系統(tǒng)的多源多變換特性使得次同步振蕩新問題不斷凸顯。為了解決新能源電力系統(tǒng)中存在的次同步振蕩新問題，本文基于電壓源換流器(Voltage Souce Converter, VSC)技術，提出了次同步振蕩動態(tài)抑制器（Subsynchronous Oscillation-Dynamic Suppressor, SSO-D

2、S）的新型抑制方法，開展了如下研究:
　　論文首先分析了我國電力系統(tǒng)中近年來出現(xiàn)的次同步振蕩若干新問題的產(chǎn)生機理。針對大型火電機群經(jīng)高壓直流輸電(High Voltage Direct Current Transmission，HVDC)與交流混合串聯(lián)補償線路送出系統(tǒng)的頻繁次同步振蕩(FrequentSubsynchronous Oscillation，F(xiàn)SSO)問題，提出了系統(tǒng)阻尼特性和基于強迫振蕩原理的軸系扭振響應特性的綜合分

3、析方法，結果表明，在系統(tǒng)弱阻尼條件下，強制激勵與系統(tǒng)自由響應的共同作用，是導致頻繁次同步振蕩出現(xiàn)的根本原因;針對雙饋風電場經(jīng)串補送出的次同步控制互作用(Subsynchronous Control Interaction，SSCI)問題，基于單機無窮大系統(tǒng)，采用特征值法分析了SSCI的產(chǎn)生機理，指出轉子電阻和轉子變流器電流內(nèi)環(huán)在次同步頻率下的負電阻效應以及變流器有功功率的次同步調制作用是導致系統(tǒng)負阻尼的根本原因;分析了雙饋風電場經(jīng)弱交流

4、系統(tǒng)并網(wǎng)情形下雙饋感應發(fā)電機(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)與靜止同步補償器(Static Synchronous Compensators，STATCOM)的SSCI風險，結果表明弱交流系統(tǒng)中電壓的次同步擾動分量有可能感應到STATCOM控制器中，在STATCOM控制環(huán)節(jié)作用下形成不穩(wěn)定的閉環(huán)，導致SSCI的發(fā)生。上述機理分析結果不僅揭示了次同步振蕩新問題的產(chǎn)生機理，而且為次同步振蕩動態(tài)抑制

5、器的阻尼控制器設計奠定了基礎。
　　分析了SSO-DS的基本原理與運行特性。針對大型火電機組軸系次同步扭振問題，研究了SSO-DS的阻尼電流調制策略。在已有雙頻調制策略的基礎上，提出了只發(fā)次同步電流或超同步電流的單頻調制策略，并對其關鍵參數(shù)設計進行了分析;對具有不同分流特性的系統(tǒng)，提出了SSO-DS阻尼電流調制策略的優(yōu)化設計方法。基于PSCAD/EMTDC的時域仿真平臺，對不同的阻尼電流調制策略進行了對比分析，結果表明了SSO-D

6、S阻尼控制策略設計方法的有效性。
　　針對雙饋風電場經(jīng)串補送出系統(tǒng)中SSCI發(fā)生頻率范圍寬的特性，以及傳統(tǒng)抑制方法控制輸入信號提取困難，魯棒性差的不足，研究了相應的SSO-DS阻尼控制策略。基于留數(shù)分析方法，考慮不同串補度和風速，確定了次同步阻尼控制器(Subsynchronous Damping Contoller, SDC)的最優(yōu)控制輸入信號及SDC接入VSC控制器的位置（d軸或q軸）;基于根軌跡分析確定了次同步振蕩模態(tài)正阻尼

7、的SDC增益范圍;最后，針對SDC有可能引起超同步模態(tài)失穩(wěn)的問題，提出了一種改進的設計方案，通過加入帶阻濾波器來消除超同步頻率分量的影響。采用時域仿真對控制策略和控制參數(shù)設計的有效性進行了驗證，結果表明所提出的SSO-DS阻尼控制策略能夠有效解決風電場中的次同步振蕩問題。
　　將研發(fā)的10kV/20MVA SSO-DS裝置應用于呼貝電廠?；诒疚奶岢龅淖枘犭娏髡{制方法，設計了其控制策略。采用實時數(shù)字-物理閉環(huán)仿真研究了其阻尼特性與