电力系统次同步振荡抑制技术研究

随着西电东送规划的深度实施，远距离大容量输电势在必行。为提高电力系统稳定性和线路输送能力，将更加广泛地应用串联电容补偿和直流输电系统，由此而可能引发的次同步振荡问题必然成为电网安全运行不容忽视的问题。因此，研究电力系统次同步振荡的抑制技术具有明显的工程应用价值和现实意义。本文针对几种典型的抑制方案，提出新的理念和设计方法，并采用电气阻尼分析及仿真验证相结合的研究手段，分别研究了各方案对抑制发电机组次同步振荡的作用效果。研究的主要内容如下：(1)提出了描述机组扭振相互作用强度的扭振相互作用系数(TIF)，作为评估机组间扭振相互作用是否存在的一个指标。通过时域仿真的方法对多机系统中同步发电机组间的扭振相互作用进行了分析和验证。仿真分析结果验证了人们多年来对机组间扭振相互作用问题的一些共识，为研究SSO问题的系统简化提供了依据，为复转矩系数法的实现奠定了基础。(2)介绍了贯穿全文分析SSO问题的研究方法即测试信号法的具体实现及其应用领域。基于托克托电厂的实际工程，采用计算电气阻尼频率特性与时域仿真相结合的方法，对托克托电厂四期串补送出的次同步谐振问题进行了全面、深入的计算和分析，计算分析所得结果对托克托电厂四期串补送出方案设计具有指导作用，同时也展现了测试信号法易于实现的特点及其在工程应用中的优势。(3)基于发电机励磁系统提出用于抑制次同步振荡的方案。分析了几种典型的励磁系统和PSS在没有附加控制下对发电机组次同步电气阻尼的影响。在此基础上提出通过设计PSS的相位补偿环节以缓解次同步振荡的方案，电气阻尼计算结果表明这种方案在一定程度上能够起到缓解次同步振荡的作用，但其能力不能绝对化。针对附加励磁系统阻尼控制器(SEDC)进行分析，提出基于相位补偿原理的设计方案，电气阻尼分析及时域仿真均验证了所设计的SEDC对抑制发电机次同步振荡的有效性。(4)建立了考虑具体开关过程的TCSC时域仿真模型，基于IEEE SSR的第一标准测试系统，将其中的部分固定串补电容改造为可控串补，分别研究了开环控制和定电流(CC)、定功率(CP)以及功率阻尼振荡(POD)这三种不同闭环控制方式下TCSC触发角和控制器参数对电气阻尼特性的影响，为TCSC的设计和运行避免SSO提供了参考。(5)针对SVC装置在抑制次同步振荡方面的应用进行了全面的研究。对SVC抑制SSO的基本工作原理、控制策略及容量的估计方法进行了总结。在此基础上，建立了SVC的真实时域仿真模型，设计了专门抑制SSO的比例型控制器，电气阻尼分析及时域仿真结果均表明SVC能有效地抑制SSO。通过具体的工程实例，进一步验证了SVC在抑制SSO方面的有效性。(6)基于dq同步旋转坐标系下SSSC的数学模型，提出电压外环电流内环的双环控制策略。建立了SSSC的仿真模型，包括具体开关元件及其双环控制器，通过时域仿真验证了此控制系统的有效性。基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统，考虑仅由固定电容提供补偿以及其中一部分由SSSC提供补偿的两种串补方案，通过电气阻尼分析SSSC对发电机组次同步阻尼特性的影响。(7)针对由直流输电引起的SSO问题，分析了其产生的机理，在此基础上对抑制SSO的原理进行了深度剖析，提出了根据相位补偿原理设计SSDC的方法，这种方法物理概念清晰，实现方便。电气阻尼分析及时域仿真结果表明其能有效的抑制由直流输电引起的SSO。