電力系統(tǒng)次同步振蕩阻尼與晶閘管控制裝置的模型研究.pdf

1、隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，出于對工程經(jīng)濟性和環(huán)境方面的考慮，要求充分利用線路走廊，努力提高線路傳輸能力。串聯(lián)補償輸電技術相當于縮短線路電氣距離、可增加線路傳輸能力，大規(guī)模應用于我國北方煤電基地火力發(fā)電廠的送出工程;高壓直流輸電應用于遠距離大容量輸電時具有線路造價低、功率損耗小、可用于交流電網(wǎng)異步互聯(lián)等優(yōu)點，在我國電網(wǎng)互聯(lián)工程中得到了廣泛應用。然而，串補輸電系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機組軸系相互作用可能引發(fā)次同步諧振(SSR)，托克托、上都、錦界等電廠

2、都存在不同程度的SSR問題;南方電網(wǎng)貴廣二回直流工程在某些運行方式下也可能引起整流側附近盤南電廠機組的次同步振蕩(SSO);另外，東北—華北聯(lián)網(wǎng)高嶺背靠背直流工程對綏中電廠汽輪機組軸系的影響尚在研究之中。
　　 雖然交流串補系統(tǒng)SSR問題和直流系統(tǒng)SSO問題的產(chǎn)生機理各不相同，但二者的分析方法和控制策略卻有許多共通之處。本文對HVDC換流器和SVC晶閘管開關元件的動態(tài)建模、交直流系統(tǒng)SSO/SSR的傳遞特性和扭振相互作用、以及次

3、同步阻尼控制等問題進行深入研究，主要取得了如下成果（創(chuàng)新點）:
　　 (1)建立了12脈沖HVDC換流器的改進采樣-數(shù)據(jù)模型，并在模型中首次考慮了觸發(fā)控制的小擾動延遲。針對現(xiàn)代HVDC系統(tǒng)換流站廣泛采用的等間隔觸發(fā)和鎖相環(huán)相位觸發(fā)兩種控制方式，給出了HVDC系統(tǒng)模型的具體形式。分別采用特征值分析和復轉矩系數(shù)法將HVDC換流器的準穩(wěn)態(tài)模型、改進采樣-數(shù)據(jù)模型與PSCAD時域仿真進行對比，結果表明改進后的采樣-數(shù)據(jù)模型更為精確，其計

4、算結果與PSCAD仿真結果非常接近，適用于HVDC系統(tǒng)的次同步振蕩研究。
　　 (2)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡設計了自適應SSDC控制器，并提出了以換流母線頻率為控制信號的SSDC設計方法。針對固定參數(shù)的SSDC魯棒性較差的問題，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡設計了自適應SSDC，用于抑制貴廣二回直流研究系統(tǒng)的次同步振蕩;針對實際工程中在整流站難以獲得發(fā)電機轉速信號的問題，提出了以換流站交流母線頻率為控制信號的SSDC設計方法，結果表明在設計運行工作

5、點采用上述兩種SSDC控制信號可以獲得同樣的次同步阻尼效果。
　　 (3)揭示了HVDC系統(tǒng)次同步振蕩和電氣阻尼的傳遞機理，并首次定義了前向機組作用系數(shù)UIFfw和逆向機組作用系數(shù)UIFbw。通過分析整流側交流電網(wǎng)對SSDC補償阻尼的影響規(guī)律發(fā)現(xiàn):次同步振蕩從發(fā)電機轉子向整流站母線的傳遞特性可以定量表示為UIFfw;直流系統(tǒng)電氣阻尼從整流站向發(fā)電機的反饋特性可以定量表示為UIFbw。UIFfw與UIFbw的乘積恰好等于機組作用系

6、數(shù)UIF，因此UIF能夠有效反映閉環(huán)系統(tǒng)中發(fā)電機組與HVDC系統(tǒng)的次同步振蕩耦合強度。
　　 (4)首次建立了SVC的采樣-數(shù)據(jù)模型。將SVC的準穩(wěn)態(tài)模型和采樣-數(shù)據(jù)模型與PSCAD時域仿真模型進行對比，結果表明采樣-數(shù)據(jù)模型比準穩(wěn)態(tài)模型更為準確。準穩(wěn)態(tài)模型對SVC附加控制器的阻尼效果明顯過于樂觀，而采樣-數(shù)據(jù)模型則略偏保守，相對而言采樣-數(shù)據(jù)模型具有更高的工程實用價值?；赟VC的采樣-數(shù)據(jù)模型設計了附加次同步阻尼控制器，結果

7、表明其可以有效抑制錦界電廠串補輸電系統(tǒng)的SSR。
　　 (5)分析了復雜多機系統(tǒng)中機組之間的扭振相互作用。當并列運行機組具有相同參數(shù)和不同負載時，軸系振蕩模態(tài)仍然存在近似的共模和異模:對于共模，不同發(fā)電機仍具有幾乎相同的振蕩幅值，但振蕩相位差別較大;對于異模，輕載機組的振蕩幅值要大于重載機組，雖然異模振蕩不再對稱，但異模振蕩與外部電網(wǎng)的相互作用仍非常小。不同電廠固有頻率不同的軸系之間的扭振相互作用非常微弱。當不同電廠的兩臺機組具

8、有完全相同的軸系參數(shù)時，兩者之間存在較強的扭振相互作用，而且相互作用的大小是基本對稱的。
　　 (6)將復轉矩系數(shù)法推廣到多機系統(tǒng)中，得到了準確的表達形式。采用模態(tài)分析方法，證明了復雜多機系統(tǒng)中每個次同步振蕩模態(tài)都唯一對應一個復轉矩系數(shù)表達形式，而以往的復轉矩系數(shù)法只是多機系統(tǒng)復轉矩系數(shù)法在幾種情況下的應用特例。在多機系統(tǒng)中，雖然準確描述的復轉矩系數(shù)法實用性有所降低，但它可以對系統(tǒng)的等值簡化方法進行校驗，對于簡化后的系統(tǒng)，用復轉