含并聯(lián)型FACTS的電力系統(tǒng)次同步振蕩分析與抑制.pdf

1、一方面由于我國電網(wǎng)大容量、遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域輸電的特點(diǎn)，交流串補(bǔ)及高壓直流輸電線路的應(yīng)用越來越廣泛，這些都可能激發(fā)系統(tǒng)次同步振蕩，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面技術(shù)成熟的并聯(lián)型FACTS元件得到越來越多的實(shí)際應(yīng)用，在給次同步振蕩帶來影響的同時(shí)，也給抑制次同步振蕩提供了更多的途徑。本論文圍繞含并聯(lián)型FACTS電力系統(tǒng)的次同步振蕩問題以及相關(guān)抑制技術(shù)，在次同步振蕩分析方法、并聯(lián)型FACTS元件對(duì)次同步振蕩的影響機(jī)理、次同步振蕩抑制技術(shù)等多個(gè)方

2、面作出了研究，主要工作如下:
　　1)根據(jù)次同步振蕩問題的特點(diǎn)，建立了并聯(lián)型FACTS元件的電磁暫態(tài)模型。通過與仿真的對(duì)比，證明了該模型能計(jì)及并聯(lián)型FACTS元件中晶閘管的離散時(shí)間特性，具有足夠的精度來分析次同步振蕩。同時(shí)，分析了FACTS元件中的高次諧波分量對(duì)次同步振蕩的影響。
　　2)提出一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩法(Damping Torque Analysis，DTA)的并聯(lián)型FACTS次同步阻尼控制器設(shè)計(jì)方法。首先用DTA分

3、析了并聯(lián)型FACTS元件控制器阻尼在系統(tǒng)中分配、傳遞和作用的過程，指出控制器首先向機(jī)組的機(jī)電振蕩提供阻尼轉(zhuǎn)矩，然后再通過機(jī)組對(duì)各扭振模態(tài)的參與性對(duì)模態(tài)阻尼起作用。然后基于DTA設(shè)計(jì)了次同步阻尼控制器，指出其關(guān)鍵在于調(diào)整控制器在各振蕩模態(tài)的補(bǔ)償相位，在給失穩(wěn)模態(tài)提供較多阻尼的同時(shí)，也要盡量增加其它振蕩模態(tài)的阻尼。最后比較了SVC和STATCOM對(duì)次同步振蕩的抑制能力。
　　3)推導(dǎo)了含SVC系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電磁轉(zhuǎn)矩和電氣阻尼算式，并通過特

4、征值和仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了該算式的有效性。在此基礎(chǔ)上分析了SVC容量和接入位置對(duì)次同步諧振頻率的影響，指出SVC首先通過容量變化等來影響線路結(jié)構(gòu)乃至系統(tǒng)阻尼。調(diào)節(jié)SVC參數(shù)和接入位置盡管能一定程度上調(diào)整線路諧振頻，但會(huì)受到SVC容量的限制而難以消除次同步振蕩。然后，利用該式來研究SVC附加阻尼控制的機(jī)理，指出接入線路中點(diǎn)能使SVC在諧振頻附近提供更多正阻尼。同時(shí)，分析了SVC電壓控制對(duì)次同步振蕩的影響，指出電壓控制的傳遞函數(shù)很可能會(huì)增大

5、各扭振頻下的附加阻尼相位差。
　　4)首先基于系統(tǒng)的dq軸數(shù)學(xué)模型，簡(jiǎn)化復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)的計(jì)算，得到了較精確的含STATCOM系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算式。該算式指出系統(tǒng)電氣阻尼主要和輸電線路參數(shù)相關(guān)。STATCOM參數(shù)及其對(duì)輸出電壓相位角的控制，都很難改變系統(tǒng)的阻尼特性。其次，分析了STATCOM附加阻尼控制抑制次同步振蕩的機(jī)理，認(rèn)為控制器相當(dāng)于在其接入點(diǎn)并聯(lián)了一個(gè)電流源。但是該電流源受到STATCOM直流電容及充放電效應(yīng)的影響，使得諧振頻附

6、近的附加阻尼相位特性復(fù)雜化。最后，對(duì)比了STATCOM和SVC對(duì)次同步振蕩的影響，認(rèn)為SVC控制器的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便。
　　5)考慮到實(shí)際中并聯(lián)型FACTS元件多裝設(shè)于長(zhǎng)距離輸電線路中點(diǎn)，并對(duì)系統(tǒng)中的電壓進(jìn)行控制，提出了一種線路中點(diǎn)的基于簡(jiǎn)化復(fù)轉(zhuǎn)矩分析的PID抑制策略。在簡(jiǎn)單快速計(jì)算出附加阻尼相位特性的基礎(chǔ)上，調(diào)整PID的控制參數(shù)，使各固有扭振頻下的總補(bǔ)償相位均滿足要求，再選擇合適的放大倍數(shù)。特征值與仿真表明該策略兼顧了電壓調(diào)節(jié)和阻尼

7、控制，既可以維持系統(tǒng)電壓水平和提高線路傳輸能力，也可以有效的抑制系統(tǒng)次同步振蕩。
　　6)為提高控制器的魯棒性，考慮系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，提出了一種基于簡(jiǎn)化阻尼計(jì)算的次同步振蕩阻尼控制器設(shè)計(jì)方法。以多運(yùn)行方式下多振蕩模態(tài)的電氣阻尼整體最優(yōu)為目標(biāo)，在評(píng)價(jià)指標(biāo)中引入固有扭振頻率，并賦予易失穩(wěn)模態(tài)和主要運(yùn)行方式更大的權(quán)值，以計(jì)及各振蕩模態(tài)的頻率信息，和使阻尼更合理地分配于各振蕩模態(tài)和各運(yùn)行方式。仿真驗(yàn)證了該方法的有效性，并證明其可以給予正

8、常運(yùn)行方式更多的阻尼，來滿足實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的要求。該方法采用阻尼節(jié)省了計(jì)算量更加快捷，有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　7)基于模態(tài)級(jí)數(shù)法分析了大擾動(dòng)下系統(tǒng)次同步振蕩的2階非線性特性，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了次同步阻尼控制器的參數(shù)。首先比較了1階解和2階解對(duì)仿真解的逼近程度，指出在大擾動(dòng)下，2階解將會(huì)包含更多的有效信息。然后研究了系統(tǒng)的2階非線性相關(guān)系數(shù)和2階相關(guān)因子，推導(dǎo)了模態(tài)級(jí)數(shù)法的非線性主導(dǎo)模態(tài)指標(biāo)。通過對(duì)比指標(biāo)值，指出線路次同步諧振模態(tài)會(huì)較多的