电力系统次同步振荡分析方法与抑制技术研究

【摘要】：随着电力系统中单机容量不断增大、超大规模的远距离交直流混合输电和灵活交流输电装置的广泛应用,我国电网已进入了大容量、超高压、远距离的交直流混合输电时代。正是这一复杂电网结构和运行方式使次同步振荡(SSO)问题日渐凸现,针对该课题的研究面临诸多新的挑战。结合我国电网实际,对SSO分析方法和抑制技术进行了深入研究,主要内容如下： (1)从线性系统频率响应的角度,对复转矩系数法的基本公式进行了深入推导和分析,得到了发电机电磁功率与转子角增量之间的复转矩复频域表达式,进而从系统稳定性的角度分析了复转矩系数法的适用性。结果表明,复转矩系数法适用于渐进稳定的多机系统。 在此基础上,以IEEE次同步振荡第二标准模型为研究对象,对复转矩系数法应用中的计算方法、非待研机组的轴系模型和非待研机组等效模型对分析结果的影响进行了分析。结果表明,非待研机组轴系采用单刚体模型与采用多质量块模型相比,在其自然扭振频率点附近的电气阻尼存在一定的差异,其他频率点基本一致；非研究发电机采用固定频率电源模型等效时会带来一定的误差,影响分析的准确性。研究结果进一步完善了复转矩系数法的理论体系。 (2)从发电机组扭振与HVDC相互作用的角度,深入阐述HVDC引起SSO的机理；提出了具有工程实用性的用于抑制SSO的附加次同步阻尼控制器(SSDC)方案,并研发了SSDC参数整定和特性分析的系统,通过对呼辽直流输电工程的抑制效果验证了其有效性。 (3)以国内第一个TCSC与HVDC并列运行的交直流系统-伊冯／呼辽系统为研究对象,采用复转矩系数和时域仿真法,分析了运行方式和补偿方式对SSO特性的影响。结果表明,联网运行增强了与交流系统的联系,增大了系统的电气阻尼,从而比解网运行方式更稳定；TCSC不仅改善了交流线路的稳定性,也增强了HVDC的电气阻尼,从而提高了系统的整体稳定性。 (4)对静止同步串联补偿器(SSSC)主动阻尼SSO的机理进行了分析。基于次同步频率下三相不平衡能够减少发电机电气侧与机械侧的能量交互的原理,提出了采用单相SSSC的抑制SSO的新方法。结果表明,该方案能够快速、有效抑制SSO,对系统三相电压不平衡度的影响在允许范围内。该方案大大降低了SSSC的应用成本,推进了SSSC的工程化进程。 (5)从理论上分析了VSC-HVDC阻尼SSO的机理,并采用复转矩系数法研究了控制方式和运行状态对阻尼特性的影响。提出通过为VSC-HVDC配置混合附加次同步阻尼控制器(H-SSDC)抑制串补引发的SSO的方法,并对其抑制效果进行了验证。研究结果表明,VSC-HVDC无论处于整流还是逆变状态,都能够显著提高相邻发电机的阻尼；配置H-SSDC后,VSC-HVDC能有效抑制其相邻机组因串补引发的SSO。