電力系統(tǒng)次同步振蕩分析與抑制若干問題研究.pdf

1、交流輸電線路采用串聯(lián)電容補償和高壓直流輸電(HVDC)是實現(xiàn)遠距離大容量電力傳輸?shù)膬煞N主要方式，對解決我國能源資源分布不平衡問題具有重要意義。然而，采用以上兩種輸電方式均有可能引發(fā)電力系統(tǒng)的次同步振蕩(SSO)，對發(fā)電機組軸系造成損害。當多臺發(fā)電機組并列運行時，機組間相互影響，其次同步振蕩特性更為復(fù)雜;由于電力系統(tǒng)運行方式多變，對次同步振蕩抑制措施的適應(yīng)性等也提出了更高要求。在此背景下，本文對電力系統(tǒng)次同步振蕩的分析與抑制若干問題進行了

2、研究，主要工作如下:
　　(1)研究了直流輸電系統(tǒng)整流站附近多臺發(fā)電機組并列運行時的機組次同步振蕩特性和用于抑制多機系統(tǒng)次同步振蕩的次同步阻尼控制器(SSDC)輸入信號選擇方法。對不同型雙機并列系統(tǒng)在兩機組的共有自然頻率下進行了振蕩模式分析，進而研究了振蕩發(fā)生時兩機組共有自然頻率下轉(zhuǎn)速偏差信號的相位關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，提出了在SSDC輸入信號中消除異模分量的方法，從而實現(xiàn)模式分離。理論分析和時域仿真表明，實現(xiàn)模式分離后，單臺SSDC

3、可同時有效抑制多臺機組的次同步振蕩。
　　(2)研究了采用機組輸出電磁功率信號代替其轉(zhuǎn)速偏差信號作為SSDC的輸入信號時SSDC的設(shè)計原理和方法。分析了振蕩發(fā)生時，在各個振蕩模式下，機組轉(zhuǎn)速偏差、附加電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率偏差等信號間的相位關(guān)系;在此基礎(chǔ)上，研究了SSDC采用電磁功率信號作為輸入信號時，為保證在各個機組扭振自然頻率下向機組提供附加正阻尼，其控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選取方法和流程。通過一個包含直流輸電系統(tǒng)的典型算例，利用復(fù)轉(zhuǎn)矩

4、系數(shù)法和時域仿真法，驗證了所述的采用電磁功率信號作為輸入信號的SSDC的有效性。
　　(3)研究了加裝于機組軸系、用于抑制機組次同步振蕩的感應(yīng)電機阻尼器(IMDU)在次同步頻率范圍內(nèi)的附加電氣阻尼特性。對僅根據(jù)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線來分析IMDU動態(tài)特性的局限性進行了說明。之后，從描述感應(yīng)電機的動態(tài)方程組出發(fā)，推導(dǎo)了在振蕩頻率變化時IMDU提供的附加電氣阻尼的解析計算方法，并經(jīng)與測試信號法的結(jié)果相比較，驗證了該方法的準確性。這一計算方法

5、為研究提高IMDU次同步頻率范圍內(nèi)附加電氣阻尼的措施提供了理論基礎(chǔ)。同時，通過對具有典型電氣參數(shù)的IMDU進行附加電氣阻尼計算，揭示了如果不采取額外措施，IMDU可能呈現(xiàn)負阻尼，從而對次同步振蕩起惡化作用的可能性。
　　(4)研究了提高IMDU在次同步頻率范圍內(nèi)的附加電氣阻尼的三種措施，即電氣參數(shù)優(yōu)化、提高額定頻率和采用主動阻尼控制環(huán)節(jié)。采用遺傳算法對IMDU的電氣參數(shù)進行了優(yōu)化，從而使其電氣阻尼得到提高，避免了負阻尼的出現(xiàn);通過

6、提高IMDU的額定頻率，并相應(yīng)提高其定子繞組極對數(shù)的方法，可使其電氣阻尼獲得較大程度的提高，同時，用于向IMDU供電的電壓源型逆變器可在系統(tǒng)受到擾動時，向IMDU提供穩(wěn)定的供電電壓，進一步保證其可靠性和有效性;通過在IMDU供電逆變器應(yīng)用主動阻尼控制環(huán)節(jié)，即引入從轉(zhuǎn)速偏差信號到逆變器輸出供電電壓波形的反饋通道，進一步提高IMDU的附加電氣阻尼。通過對IEEE次同步振蕩第一標準模型的特征值分析和復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)分析及對IEEE次同步振蕩第一、第