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我国正处于电力事业发展的高峰期,随着“西电东送”战略的实施和市场化运作的大区互联大电网的逐步形成,我国电力系统已进入大机组、特高压、超大规模、远距离、交直流混合输电的时代。能否确保在系统中避免次同步振荡问题从而最大限度的提高线路功率传输能力将关系到整个电力系统的安全性、稳定性和经济性问题。因此,对电力系统进行次同步振荡问题的相关分析并研究相应的抑制措施便具有了重要的理论意义和实用价值。
本文针对交流系统中串联补偿引起的次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)问题,在IEEE第一标准测试系统中,利用PSCAD/EMTDC软件,首先研究可控串补在开环、闭环定阻抗、闭环定电流、闭环定功率和同步电压翻转(synchronous voltage reserval,SVR)等控制方式下对SSR的影响,结果表明采用SVR控制时,其对SSR的抑制效果要好于其他的控制方式,但是不能达到彻底抑制的目标;相较于开环控制方式,闭环控制下系统的电气阻尼幅值更小,从而能够更有效的削弱SSR,但是同样不能完全抑制 SSR。
接着对次同步振荡的研究方法进行了拓展,提出了一种基于矩阵束方法的电力系统次同步振荡模态辨识方法,以发电机转子转速偏差信号为研究对象,辨识出振荡模态的频率、阻尼因子等参数。分析了矩阵束方法应用于次同步振荡模态辨识时的参数选择问题,并结合算例与特征值分析法进行了比较。算例结果表明:该法能快速准确辨识系统的次同步振荡模态,并具有较强的抗噪声能力,可以作为一种辨识电力系统次同步振荡模式的有效方法。
然后进行了阻尼SSR的附加控制器设计:基于提出的矩阵束方法,对算例系统进行了模型的降阶辨识,采用极点配置的原理对辨识出的不稳定模式进行了极点配置,根据现代控制理论中含有状态观测器的闭环反馈系统的设计原则,设计了附加次同步阻尼控制器SSDC,仿真结果证明该控制器的有效性,可较快抑制SSR;基于相位补偿原理设计了附加阻尼控制器DC,同样,该控制器的加入也可有效抑制SSR,同时系统振荡衰减地更快。
最后对大规模风电接入系统后是否会发生SSR这一问题进行了初步研究,分析了异步风力发电系统中的SSR问题,探讨了风电接入功率和线路串补度对SSR的影响,比较了相同串补度下可控串补和固定串补对SSR的影响。仿真结果表明,当风电接入系统的有功功率越高,系统越容易发生SSR;当线路的串补度越大,系统越可能发生SSR;可控串补相比固定串补能够在一定程度上抑制SSR。