基于電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制與工業(yè)樣機實現.pdf

1、隨著國內電網建設的蓬勃發(fā)展，其區(qū)域互聯(lián)程度的加深和遠距離重負荷輸電線路的大規(guī)模構建在逐步實現全國范圍內電力資源優(yōu)化配置和提高電力系統(tǒng)經濟運行的同時，也逐漸形成了一種多組耦合緊密的發(fā)電機群弱聯(lián)系結構。此外，高增益的傳統(tǒng)晶閘管快速勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的廣泛應用也削弱了系統(tǒng)的電氣阻尼。由此帶來的問題則是增加了系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩的風險，進而嚴重影響到遠距離重負荷輸電線路的輸電容量和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
　　雖然發(fā)電側采用安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定

2、器以及系統(tǒng)輸電側采用交流串聯(lián)補償技術、直流輸電技術以及柔性交流輸電技術能夠增加電網遠距離輸電容量和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，但由此可能產生的次同步振蕩問題則會對發(fā)電機軸系造成疲勞損害，久而久之危害到系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的安全性和可靠性。隨著國家“十三五”期間對電網的深度建設，該問題的嚴重性將會愈發(fā)凸顯。
　　未來我國電網的發(fā)展方向是能可持續(xù)化發(fā)展和高度智能化的第三代電網，因而對電網技術的革新提出了更高的要求。新型電力電子設備作為影響未來電網發(fā)展

3、的關鍵技術之一將從發(fā)、輸、配電等方面對傳統(tǒng)電網的發(fā)展帶來巨大影響。本文則針對系統(tǒng)低頻振蕩和次同步振蕩兩大電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，對基于電壓源型變換器的勵磁系統(tǒng)進行了深入的研究，主要內容如下：
　　首先，提出并研究了基于電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)在單機無窮大系統(tǒng)下的次同步振蕩阻尼控制策略。建立了適用于次同步振蕩研究的勵磁系統(tǒng)等效數學模型。在IEEE次同步振蕩第一標準模型和第二標準模型I型系統(tǒng)的基礎上，結合復轉矩系數法原理和相位補償原理提出了

4、基于電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制器的數學模型和設計原理。而后，通過復轉矩系數法和時域仿真研究分析了次同步振蕩阻尼控制器在改造后的IEEE第一標準和第二標準模型 I型系統(tǒng)下抑制不同類型次同步振蕩的效果，并從經濟運行的角度分析比較了不同容量電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)對次同步振蕩的抑制情況。
　　其次，提出并研究了基于電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)在兩機系統(tǒng)下的次同步振蕩阻尼控制策略。以次同步振蕩IEEE第二標準模型II型系統(tǒng)為研究基

5、礎，分析了復轉矩系數法在兩機系統(tǒng)下的適用性條件?；谙辔谎a償法原理，提出了適用于兩機系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制器設計方法。結合復轉矩系數法和時域仿真分析了阻尼控制器抑制次同步振蕩的可行性。此外，探討分析了阻尼控制器對發(fā)電機組在不同運行工況下為系統(tǒng)提供電氣阻尼轉矩的情況。
　　然后，在較成熟的基于電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)在低頻振蕩問題上的理論研究基礎上，從工業(yè)應用實現用以解決系統(tǒng)低頻振蕩的目的出發(fā)，詳細介紹了基于電壓源型變換器的勵磁系統(tǒng)

6、工業(yè)樣機的設計思路和工業(yè)化成型方法，新型勵磁控制策略的實現和勵磁控制系統(tǒng)的構建和嵌入式軟件的規(guī)劃設計。
　　最后，研制了一套基于電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)工業(yè)樣機用于某實際水電站10MW水電機組晶閘管勵磁系統(tǒng)的改造工程以及抑制系統(tǒng)低頻振蕩的實際應用。通過時域仿真首先驗證了新型勵磁控制策略的有效性。通過一系列動態(tài)模擬實驗，檢驗了所研制工業(yè)樣機勵磁調節(jié)系統(tǒng)的運行可靠性、功能完整性、應對非常規(guī)運行狀況時的系統(tǒng)調節(jié)穩(wěn)定性和快速響應性，以及關鍵