风电并网系统次同步振荡建模与分析

浅谈考虑大规模风电外送的电力系统次同步振荡问题随着三北地区大规模风电基地的建设，使得大规模远距离外送风电成为必然。

串联补偿技术可以有效地提高线路的输送容量，减少输电损耗，但也由此引发次同步谐振问题。

由于风电系统的结构复杂，传统抑制火电外送系统的次同步谐振方法并不完全适用，因此，大规模风电外送系统的次同步振荡成为亟待解决的问题。

标签：次同步振荡，串联补偿技术，风电外送1 电力系统次同步振荡问题概述中国风电基地主要集中在三北地区，这些风电基地大多位置较偏，受电力负荷小等因素限制，风电消纳能力有限，大规模风电必须通过外送至其他区域电网消纳。

因此，这种资源和负荷中心的逆向分布，使得大规模、远距离外送风电成为必然趋势。

对于大规模风电外送系统，串联补偿技术可以在提高系统稳定性的基础上有效地增加线路的输送容量，减少输电损耗。

但当输电线路串联电容补偿后，处于平衡状态的电力系统受到扰动时，电力网络与汽轮发电机组彼此互激，以一个或多个低于同步频率的自然频率交换数量可观的能量，从而使汽轮发电机的轴系断裂，这种现象称为次同步谐振（subsynchrous resonance，SSR）。

近年来，随着串联电容补偿的广泛应用，次同步谐振问题发生得更加频繁，造成的危害也更加严重。

因此，在广泛采用串补技术增加输电容量的同时，避免由此引发的SSR是一个迫切需要解决的问题。

由此看来，分析电力系统SSR现象和抑制电力系统SSR的产生具有重要的理论指导意义和现实意义。

2 串联补偿技术中的次同步谐振产生机理大规模风电外送中的串联补偿技术应用越来越广泛，这里主要讨论交流输电系统中由串联电容补偿引起的次同步谐振问题。

通过对含有串补电容的单机无穷大的输电线路来阐述串补电容引起SSR的原理，如下图所示。

频率为fe的发电机定子谐振电流会产生转速为的旋转磁场，此磁场相对于发电机转子的转速为，转子将受到频率为的交变力矩作用，当接近或等于发电机轴系的任一自然振荡频率fm时，就会发生电气-机械共振现象，即次同步谐振。

风电场接入引发电力系统次同步振荡机理综述摘要：随着电力系统中风电渗透率不断提升，大容量风电场并网运行将加剧系统次同步振荡的风险，不利于系统的可靠运行。

关键词：风电接入；电力系统次；同步振荡；机理1风电场接入引发电力系统次同步振荡问题分析方法1.1频域分析法结合奈圭斯特稳定判据的频域分析法主要包括复转矩系数法和阻抗法。

频域分析法由开环子系统频率响应特性判断闭环系统稳定性，通过建立2个开环子系统之间的次同步动态交互与闭环系统稳定性的联系，能够从物理意义角度揭示次同步振荡的成因。

复转矩系数法是阻尼转矩分析法在次同步振荡领域的延展，即关注点从系统的机电振荡模式扩展到系统的次同步振荡模式。

复转矩分析法为机电耦合交互作用引发系统次同步振荡问题的成因给出了物理解释，即电气系统对同步机机械系统的作用等效成了负阻尼的效应。

一般情况下，复转矩系数法主要应用于分析传统次同步振荡问题上，通过分析同步发电机和串联补偿输电系统之间相互作用产生次同步振荡的现象并提出了一种抑制措施，将复转矩系数法推广至多机电力系统。

基于实际电力系统中出现的弱阻尼次同步振荡问题，应用复转矩系数法提出了一种适用于工程实践的次同步振荡抑制策略。

传统的复转矩系数法的应用领域是分析同步发电机轴系模式参与的次同步振荡问题，而随着当前电力系统电压源换流器(VSC)的大规模应用和新能源电力系统的大规模汇入，新形态的次同步振荡问题也随之在电力系统中出现(如SSCI)。

由于研究表明DFIG风机机械系统的轴系模式一般不会引发系统发生次同步振荡，因而复转矩系数法在新形态次同步振荡问题上的适用性等问题需要进行研究和验证。

为扩展复转矩系数法的应用领域进行了探索。

应用复转矩系数法分析DFIG控制系统引发的SSCI问题，从理论上推导了定子、转子电磁转矩与转速的关系式，从机理上对DFIG串补输电系统中出现的SSCI问题进行解释，并设计了抑制策略。

但与阻抗法和模式分析法相比，复转矩分析法在风电场接入引发系统次同步振荡方面的应用并不广泛。

含大规模风电电力系统次同步振荡特性分析含大规模风电电力系统次同步振荡特性分析报告摘要：本报告主要介绍了含大规模风电电力系统次同步振荡特性分析。

在电力系统中，风电并网后会引入次同步振荡，对电网稳定性造成威胁。

所以，理解、研究风电电力系统的次同步振荡特性是非常必要的。

该报告首先介绍了风电电力系统特性和次同步振荡的形成机理，然后利用动态等值模型和状态空间法分析了风电电力系统的次同步振荡特性。

最后结合实例分析了次同步振荡的影响及防范措施。

一、引言随着风力发电技术的发展和普及，大规模风电电力系统在全球范围内得到了广泛的应用。

风能是一种较为清洁的可再生能源，其并网后对电力系统的稳定性和可靠性会产生直接的影响。

大规模风电并网后，常常会出现次同步振荡，进一步对电网稳定性造成威胁。

因此，理解、研究风电电力系统的次同步振荡特性是非常必要的。

二、风电电力系统特性大规模风电电力系统与传统的火电、水电电力系统有很大的不同。

传统电力系统是由同步电机驱动的，在稳态和短时动态过程中，同步电机能够提供惯性支持，对电力系统的动态稳定性有积极的影响。

相比之下，风电单元则没有同步机组，其机械部件与电气部件间存在时滞，系统响应时间较慢，不稳定因素较多。

此外，由于风电电力系统的而难以精确控制机组的输出功率等参数，风电对电力系统的负荷和频率控制带来了很大的挑战。

三、次同步振荡次同步振荡还被称为“风机振荡”或“风电本体振荡”，它的起因主要是由风力机的自身机械惯性、附加负载和电气反馈导致的。

具体而言，风力机作为一个复杂的动力系统，其机械部件具有一定的振动模式，且能够产生结构振动，在发电模式下将电能输送到电网中，且工作在连续的状态下，产生的转矩来自于风轮的扭矩，而反馈输入则是电气负载。

次同步振荡主要表现为低频振荡，其频率大约在0.1~1Hz之间，振荡幅度较大。

这种振荡不仅会对周围环境产生较大的声音、振动等，还会对电力系统造成较大的负面影响，如降低发电机的输出功率、加速轴承的磨损、损伤电气线路、造成电网压降、破坏电网稳定性等。

双馈风电系统次同步振荡分析与抑制方法研究双馈风电系统次同步振荡分析与抑制方法研究随着可再生能源的快速发展和全球对于环境保护的日益重视，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了广泛应用和认可。

风电系统作为将风能转化为电能的关键装置，在风能发电中起着重要的作用。

然而，由于自然风场的随机性和不稳定性，风电系统常常存在振荡问题，这对其安全稳定运行带来了一定的挑战。

在风电系统中，双馈风电系统是较为常见的一种形式。

双馈风电系统通过前馈转换器和逆变器，将转子的电能和传统的风轮机机械能进行耦合。

该系统具有结构简单、成本较低、转矩响应迅速等优点，因此受到广泛应用。

然而，双馈风电系统在运行过程中也存在次同步振荡的问题。

双馈风电系统的次同步振荡是指由于风能的不稳定性，导致风轮机-转子系统中的振荡频率小于电网频率的一种振动现象。

该振荡会引起电网电压波动，严重时甚至导致系统失稳。

因此，研究双馈风电系统的次同步振荡及其抑制方法具有重要的理论和实际意义。

为了分析双馈风电系统的次同步振荡，首先需要建立系统的数学模型。

双馈风电系统一般由风轮机、双馈电机、前馈转换器和逆变器组成。

其中，风轮机受到风能作用，将机械能通过机械部件传递给双馈电机，而双馈电机则将机械能和电气能进行转换。

前馈转换器用于控制双馈电机的转动速度，而逆变器则将双馈电机产生的电能送入电网。

在建立系统模型时，需要考虑到各个组件的物理特性和耦合关系。

通过建立双馈风电系统的数学模型，可以进一步分析系统的动态特性和频域特性。

即通过对系统的状态方程和传递函数进行求解，得到系统的频率响应曲线和振荡模态。

根据分析结果，可以发现系统中可能存在的振荡频率以及振荡模态。

一旦发现系统存在次同步振荡问题，就需要采取相应的抑制方法。

双馈风电系统次同步振荡的抑制方法有很多种，常用的方法包括控制参数优化和控制策略改进。

控制参数优化是通过调整系统中的控制参数，使得系统的振荡频率与电网频率保持一致，从而抑制振荡。

风力发电并网系统次同步振荡研究于笑;陈武晖【摘要】大规模风力发电并网引发的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题已严重威胁到电网的安全稳定运行.由于电力电子设备的广泛采用,风电参与的新型次同步振荡的产生机制和作用形态均与传统次同步振荡不同,其中双馈风电场经串补并网和直驱风电场并入弱电网2种场景下出现的次同步振荡问题引起了国内外广泛的关注.首先总结了目前常用的分析方法及其适用性,然后基于典型的工程案例,梳理了近年来风电次同步振荡建模、分析、控制和保护方面取得的理论成果和工程进展,为今后风电次同步振荡的研究提供参考.【期刊名称】《发电技术》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】9页(P304-312)【关键词】并网风电;次同步振荡(SSO);双馈风机;直驱风机【作者】于笑;陈武晖【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏省镇江市 212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏省镇江市 212013【正文语种】中文0 引言次同步振荡(subsynchronous oscillation，SSO)指电力系统机械或电气元件之间以低于系统工频(50/60 Hz)的频率进行能量交换的现象，会引发系统稳定性及电能质量问题，危及电力系统安全运行[1-3]。

该问题在工程上首次发现于火电机组-串补系统，20世纪70年代，美国Mohave火电厂发生2次因扭振互作用(torsional interaction，TI)造成的机组大轴疲劳损坏事件[2]，引起了学者对次同步振荡问题的广泛关注。

此后发现的暂态扭矩放大作用以及由电力系统稳定器、高压直流输电控制器或静止无功补偿器等快速控制设备引发的火电机组扭振问题均被纳入次同步振荡的概念之中[4]。

经过国内外多年的研究，火电机组参与的次同步振荡的建模手段、分析方法、控制及保护策略已相对成熟，能够满足工程需求。

然而近年来，电力系统出现了变革性的发展，在电源侧表现为以风力发电为代表的新能源发电装机容量迅速上升[5-6]。

直驱永磁同步风电机组次同步振荡建模与分析刘为杰;姜建国【摘要】为了研究直驱永磁同步风电机组(DDPMSG)次同步振荡问题,建立了完整的风电系统动态数学模型.采用特征值分析方法全面分析了全功率变换器控制器参数对系统振荡模式的影响:将风电系统动态模型在稳定工作点线性化后得到系统的系数矩阵,计算出系统的振荡模式;由于控制器参数个数众多,为了简化分析过程,通过计算参与因子筛选出与系统振荡模式关联度高的控制器参数,在此基础上进一步分析这些控制器参数对系统振荡模式稳定性的影响.分析和仿真结果表明:转速调节器比例系数较小,则易引起轴系扭振;直流电压调节器积分系数过大,则易引起网侧功率的次同步振荡.%In order to study the sub-synchronous oscillation problem of the direct-drive permanent magnet synchronous wind turbine generator (DDPMSG),a complete dynamic mathematical model of DDPMSG was established.The influence of full power converter controller parameters on the system oscillation mode was analyzed by using the eigenvalue analysis method.The coefficient matrix,obtained by linearizing the wind power system dynamic model on the stable working point,was used for calculating the oscillation modes of the system.Due to the large number of controller parameters and for the sake of simplifying the analysis process,the participation factors were calculated to screen the parameters,which were closer related to the oscillation mode.Based on this,further study of the influence that the controller parameters made on the stability of the system oscillation mode was conducted.Analysis and simulation results showed that the smaller proportional coefficient speedregulator would cause torsional vibration of shaft easily and the greater integral coefficient of DC voltage regulator was easy to cause the sub-synchronous oscillation of the network power.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)001【总页数】7页(P97-103)【关键词】直驱永磁同步风电机组;次同步振荡;特征值分析;轴系扭振【作者】刘为杰;姜建国【作者单位】上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200030;中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳621000;上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200030【正文语种】中文【中图分类】TM614可再生能源提供了一种有前景的发电方式，风电在各种可再生能源发电技术中相对成熟，在全世界范围内得到了广泛的应用。

大规模风电并网系统次同步振荡传播机理与分布特性研究大规模风电并网系统次同步振荡传播机理与分布特性研究摘要:随着可再生能源的快速发展，大规模风电并网系统已经成为电力系统中不可或缺的一部分。

然而，随着风电装机容量的不断增加，风电并网系统中出现的次同步振荡问题日益突出。

本文通过对大规模风电并网系统中的次同步振荡机理与分布特性的研究，旨在为提高风电系统的稳定性和可靠性提供理论基础。

1. 引言近年来，随着全球对于环境和能源的关注度提高，可再生能源的开发和利用取得了突破性进展。

风能作为一种无污染、可再生的能源，受到了广泛关注。

大规模风电并网系统的建设使得风能的利用变得更加高效和可靠。

然而，随着风电装机容量的不断增加，次同步振荡问题逐渐凸显。

2. 次同步振荡问题次同步振荡是指在风电并网系统中出现的一种频率较低的振荡现象。

它通常是由于风电系统中的变电站和逆变器等设备之间的互动效应造成的。

次同步振荡对于风电系统的工作稳定性和可靠性产生了不可忽视的影响。

3. 传播机理研究（1）互联互通性大规模风电并网系统中的风电机组相互之间的互联互通性是次同步振荡传播的重要因素。

风电机组之间的互联互通性会导致潮流和频率的耦合效应，从而引发次同步振荡。

（2）电力系统特性电力系统自身的特性也会对次同步振荡的传播起到重要作用。

电力系统是一个复杂的动力学系统，其中包含了各种复杂的节点和参数。

电力系统的特性会影响次同步振荡在系统中的传播路径和模式。

4. 分布特性研究（1）节点位置大规模风电并网系统中的节点位置对于次同步振荡的传播具有重要的影响。

节点位置不同会导致电力系统中的传播路径和振荡模式发生变化。

（2）风电装机容量风电装机容量的大小对于次同步振荡的传播特性也起到一定的影响。

装机容量越大，次同步振荡的传播范围通常也越大。

5. 结论通过对大规模风电并网系统中的次同步振荡传播机理与分布特性的研究，我们可以更深入地了解风电系统中次同步振荡的发生机制，为提高风电系统的稳定性和可靠性提供理论基础。

汇报人：日期:CATALOGUE目录•引言•直驱风电并网模型及控制策略•电力系统动态特性分析•次同步振荡研究•直驱风电并网对电力系统动态特性的影响•直驱风电并网次同步振荡的抑制策略研究•结论与展望01引言研究背景与意义直驱风电并网技术作为新能源技术的重要发展方向，具有较高的应用价值和发展潜力。

直驱风电并网系统的动态特性分析对于电力系统的稳定运行具有重要意义。

次同步振荡是直驱风电并网技术中需要解决的关键问题之一，对于电力系统的安全性和稳定性具有重要影响。

010203研究现状与发展02031研究内容与方法23研究直驱风电并网系统的动态特性，包括风速、转速、功率等变量的动态变化规律和相互影响关系。

分析次同步振荡的产生机理和影响因素，研究如何通过控制策略和阻尼措施来抑制次同步振荡。

采用仿真分析和实验验证相结合的方法，对所提出的控制策略和阻尼措施进行验证和优化。

02直驱风电并网模型及控制策略风力发电机组模型电力电子变换器模型直驱风电并网模型最大风能捕获控制通过控制风力发电机组的电磁转矩，使得风能最大程度地转化为电能，提高风能利用率。

并网逆变控制直驱风电并网时，通过控制电力电子变换器的开关状态，实现电能的高效转换和传输，同时需要考虑电网电压频率和相位等因素。

直驱风电并网控制策略动态特性分析次同步振荡分析直驱风电并网运行特性分析03电力系统动态特性分析电力系统稳定性分析动态稳定性研究系统在遭受扰动后恢复稳定的能力。

静态稳定性暂态稳定性研究系统在故障发生后保持稳定的能力。

电力系统阻尼特性分析阻尼比衡量系统阻尼特性的指标，与系统的质量、刚度等因素有关。

自然阻尼系统在没有外部控制的情况下，由自身运动产生的阻尼。

强制阻尼系统在外部控制下，通过控制输入对系统施加的阻尼。

电力系统振荡模式分析04次同步振荡研究次同步振荡现象及机理次同步振荡现象次同步振荡机理次同步振荡对电力系统的影响稳定性问题次同步振荡可能导致电力系统的稳定性下降，影响电力系统的正常运行。

绥中电厂百万机组次同步振荡问题建模分析及解决方案【摘要】本文介绍了高压直流输电对大型汽轮发电机组轴系安全的影响，以及针对发电机组轴系扭振安全问题的系统解决方案，对绥中1000MW 机组扭振模型进行建模分析，并将试验获得的阻尼参数矩阵用于RTDS 分析绥中电厂直流输电的SSO 问题。

提出建立电厂机组的扭振监测、控制与保护系统十分必要，是对汽轮发电机组轴系扭振提供监测和保护行之有效的解决方案。

【关键词】HVDC SSO 轴系扭振解决方案1 HVDC 概述高压直流输电（HVDC）系统与汽轮发电机组相互作用可能产生次同步振荡，危及电网和机组的安全稳定运行。

世界上第一例由HVDC 引起的汽轮发电机组SSO 问题于1977 年在美国的SquareButte直流输电工程调试时被发现。

HVDC 引发SSO 的基本机理是由于HVDC 控制系统与汽轮发电机组轴系相互作用，在特定条件会对机组轴系某些模式的扭振起到加强作用，即提供负阻尼，当轴系固有的机械阻尼不足以客服该负阻尼时，就会在机组轴系倒是振幅持续增长的扭振，影响机组轴系寿命，严重情况下甚至会损坏机组。

随着我国直流输电工程的推广，并大量应用于大型火电基地的电力外送，HVDC 导致的SSO 问题日益凸显，深入分析、评估并进行有效防治SSO 成为一个重要的技术问题。

绥中发电有限责任公司（简称绥中电厂）位于辽宁省绥中县前所镇境内，南邻渤海，西接山海关，是东北电网的主力发电厂之一，也是连接东北和华北两大电网的潮流互送网络接点和电压支撑点。

目前，绥中电厂一期两台800MW、二期两台1000MW 经500KV 绥中-高岭双回线和220KV 联络变接入东北电网，经高岭背靠背HVDC 换流站接入华北电网。

分析表明，绥中电厂一期、二期机组在一些运行方式下会与高岭背靠背HVDC 相互作用产生SSO 风险。

本文针对绥中电厂面临的SSO 问题，进行建模分析，提出建立绥中电厂机组的扭振监测、控制与保护系统的必要性。

电力系统次同步振荡产生原因分析及对策摘要：文章介绍电力系统中产生次同步振荡的原因，并对此问题所造成的危害进行介绍，在此基础上提出了目前在电力系统中比较常用的几种次同步振荡检测与抑制措施，以供参考。

关键词：电力系统；次同步振荡；原因；对策1引言随着我国经济的发展和用电负荷的增多，我国的电网规模也在不断扩大，但是在我国电网系统中进行电力输送中的高压越来越高、容量越来越大和距离越来越远动同时，也容易受到静态和动态稳定极限等因素的影响，所以需要采用串联补偿技术来解决上述问题并满足电力系统运行和发展的要求。

但是与此同时电力系统中的次同步振荡问题却层出不穷，其主要表现为一旦汽轮机组中的某一运行点受到了机械扰动或者电气扰动，就会使得汽轮机组就会处于一种特殊的运行状态中，即在汽轮机组与电力系统之间会存在低于系统同步频率的显著能量交换的现象，这就会导致汽轮机驱动转矩与发电机电磁制动转矩之间的平衡被打破，从而使得系统中出现扭转振动，不仅会对汽轮机组的轴系造成危害，而且对电力系统运行的稳定与安全也造成影响，甚至会导致严重安全和质量事故的发生，所以就需要在分析此问题产生原因的基础上，研究次同步振荡的监测与抑制措施，来确保电力系统的运行安全与可靠。

2电力系统次同步振荡产生原因正如前文所述在目前的交流输电系统中为了提高线路的输送能力、提高输电线路之间的功率分布和维护电力系统的稳定性，通常采用串联电容的方式进行无功补偿，但是采用此方法之后就会容易导致出现次同步振荡的问题，且此问题与串联电容、加装稳定器、励磁系统以及直流输电等都有关系。

一是由于感应发电机效应引起的次同步振荡，这主要就是在串补输电线路运行中一旦受到扰动，就会在发电机电枢绕组中产生次同步频率电流，此电流比同步频率要低，但是由于转子在旋转过此种的其回路的旋转速度比旋转磁动势要高，根据感应电动机的原理，其发电机在转子回路对于产生的次同步电流的等效电阻一旦超过谐振频率下的电枢绕组和电阻以及网络电阻之和时，就会导致此次同步电流的继续增加，以致会产生次同步振荡的问题。