电力系统次同步振荡的抑制策略研究

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。

新能源电力系统次同步振荡问题研究摘要新能源电力系统次同步振荡属于系统稳定性问题，在许多大规模新能源系统中都检测到次同步振荡现象。

本文首先对新能源电力系统次同步振荡的相关研究成果进行介绍，包括次同步振荡类型和次同步振荡特点等。

在此基础上，探讨新能源电力系统次同步振荡问题及解决措施，包括次同步振荡成因分析、次同步振荡影响评估和次同步振荡抑制技术。

关键词新能源；电力系统；次同步振荡前言随着电力技术的快速发展，智能电网和能源互联网建设不断向前推进，电力系统结构更加复杂，具有多源和多变换特点。

在此情况下，也带来了一些新的次同步振荡问题。

在大规模新能源系统中，由于电力电子装置交互性复杂，多个装置之间的相互作用可能引发次同步振荡，对系统稳定性造成影响。

目前该问题的研究已经收到广泛关注，一些学者总结了新能源电力系统的次同步振荡类型和特点，可以作为次同步振荡问题的研究起点。

1 新能源电力系统次同步振荡相关研究1.1 次同步振荡类型在大规模能源系统中，串补技术和高压直流输电技术仍然是目前主要的技术手段，原有的次同步振荡问题固然存在，再加上新能源并网容量的增加，使次同步振荡问题表现出了新的特性。

新能源电力系统次同步振荡问题具体可分为以下几种类型：①次同步振荡，指电力系统的运行平衡点受扰动后，出现异常电磁和机械振荡的现象，发电机组联合系统低于工频自然振荡频率进行能量交换；②次同步谐振，指发电机组和电容补偿输电系统的耦合弱阻尼、零阻尼、负阻尼增幅振荡现象，具体包括次同步扭振、感应发电机效应、暂态力矩放大等；③装置次同步振荡问题，由发电机轴系和电网元件相互作用导致的振荡现象；④并网次同步振荡问题，在新能源并网过程中出现的次同步振荡，主要与变流器控制、线路串补电容等有关[1]。

1.2 次同步振荡特点从新能源电力系统的运行情况来看，次同步振荡问题主要具备以下几方面特点：①次同步现象发生频繁，由于我国能源分布特点与负荷需求不配套，大规模远距离送电成必然趋势，在远距离送电过程中，发生次同步振荡概率也明显增加；②新能源并网的次同步振荡问题较为突出，具有随机时变和频率范围宽等特点，目前新能源网架结构仍较为薄弱，容易引发次同步振荡现象；③次同步振荡问题具有较高的复杂性，交直流混合输电与电网互联导致电气阻尼特性越来越复杂，如果换流设备的接入不合理，容易出现次同步振荡；④出现次同步振荡问题时，通常影响范围较大，具有较高的危害性，特别是在电网规模扩大和电压等级升高的情况下，发生次同步振荡问题会对整个电网的运行稳定性产生影响[2]。

电力系统次同步振荡问题研究综述摘要：随着我国互联电网规模的快速发展，尤其是（可控）串联补偿装置和高压直流输电的广泛应用，电力系统的次同步振荡问题已经变得比较突出。

本文介绍了电力系统次同步振荡问题的起因与危害，以及引起的次同步振荡现象的主要内容，指出了需要进一步关注和研究的问题。

关键词：电力系统；次同步振荡1 次同步振荡问题的起因与危害电力系统常见的失稳模式有振荡失稳和单调失稳等。

次同步振荡属于系统的振荡失稳，它是由电力系统中一种特殊的机电耦合作用引起的，其最大的危害是，严重的机电耦合作用可能直接导致大型汽轮发电机组转子轴系的严重破坏，造成重大事故，危及电力系统的安全运行。

早在20世纪30年代，人们就发现发电机在容性负载或经串联补偿电容补偿的线路接入系统时，在一定的条件下可能会发生“自励磁（Self Excitation）”现象。

此外，投切空载长输电线路时，由于线路分布电容的存在，在某些运行情况下也可能会引起“自励磁”的问题。

一般来说，“自激”可分为两种：同步“自激”和异步“自激”。

由于不当的参数配合或系统进入不当的运行方式，使电力系统中的上述“自激”条件得到满足，且这时发电机组仍运行在同步运行状态，在这种情况下发生的“自激”是“同步自激”。

当发生异步自励磁时，同步发电机定子电流中的次同步频率（即定子回路电感和电容的谐振频率）分量，是靠同步发电机对此分量发出的异步功率来维持的，是一种单纯的电气谐振振荡。

在此谐振频率下，同步发电机相当于一台异步发电机，它提供了振荡时所需要的能量。

这种自激方式通常又称为“异步发电机效应”或“感应发电机效应（Induction Generator Effect）”。

尽管感应发电机效应在实际电力运行中早已被人们发现，并观察到了所伴随的次同步频率自激振荡现象，但由于早期发现的这种振荡造成的危害不大，而且问题很快得到了解决，所以这个问题并没有得到人们的特别广泛关注。

次同步震荡产生原因分析：交流输电产生次同步震荡的原因分析，输电系统为了提高输电能力和增加瞬态稳定性，有时在电网中串联补偿电容，使整个电网形成R-L-C 回路，此回路将发生次同步谐振。

STATCOM抑制次同步振荡的原理与仿真分析的开
题报告
一、研究背景
随着电力系统规模的不断扩大和电力负荷的急剧增长，系统的稳定
性日益凸显。

尤其在高压直流输电、大容量机组并网等工程中，出现了
频繁出现大规模的系统失稳事件，次同步振荡成为了电力系统安全和稳
定运行的一个重要问题。

对于次同步振荡问题的解决，最直接的方法就
是采用调节系统功率的控制策略来减轻系统的功率波动。

STATCOM作为一种有效的功率电子装置，可以发挥其良好的去除谐波和调节电压、电
流的功能，使其成为了控制系统的重要组成部分。

二、研究目的
本论文旨在研究STATCOM在抑制次同步振荡方面的原理和控制算法，并通过Matlab/Simulink进行仿真分析，验证STATCOM在抑制次同
步振荡中的有效性。

三、研究方法
先进行对STATCOM的结构、工作原理和控制策略等方面的介绍，
然后重点研究STATCOM的控制策略在次同步振荡抑制中的应用。

具体包括基于P、PI等算法的控制策略的设计和仿真模型的建立，并分析模型
的仿真结果。

最后，对实验数据进行分析并归纳，得出STATCOM在抑制次同步
振荡中的优点和存在的问题并提出完善建议，为其进一步改进提供参考。

四、研究意义
本论文的研究成果可以为电力系统的运行提供一种有效的控制策略，弥补了电力系统次同步振荡抑制领域的研究不足。

同时，通过
MATLAB/SIMULINK仿真分析可以较为直观地展现STATCOM在次同步振
荡抑制中的效果，对于STATCOM优化设计和实用化应用也具有一定的指导价值。

第1章绪论1.1 课题的背景和意义随着串补技术的广泛应用，电厂大机组台数和类型的增多以及电网互联情况的日趋复杂，SSR的影响因素也急剧增加，潜在的风险也逐步增大[1-6]。

采用传统的抑制方案需要增加机组切机台数才能有效的抑制SSR，已不能完全满足工程要求，因此需要寻求新的解决办法来减少切机台数来抑制SSR发散。

基于此，本文以上都电厂出现的次同步谐振问题为研究对象进行抑制方案的研究[7-15]：目前课题组已对上都电厂串补输电系统一二期工程研究中所采用SEDC+TSR的方式来抑制SSR进行了深入研究，现场试验验证了该方案的有效性。

而对上都电厂远期工程的SSR风险评估发现，采用SEDC+TSR的方式进行SSR抑制，在一些SSR风险比较严重的工况和扰动情况下，由于SEDC受到容量限制等问题，需要TSR进行多台机组的切除才能实现SSR的有效抑制。

之前的抑制措施无法满足上都电厂串补输电系统三期工程的SSR抑制切机需求，经过研究决定采用SEDC+GTSDC+TSR三者协调作用的方案来抑制SSR减少机组的切机台数，然后通过特征值分析和大量的时域仿真证明了方法的有效性，但是只要当SEDC和GTSDC参数恰当的时候才能有效的抑制SSR；相反，若参数不合适还会起到帮助发散的作用，所以如何协调二者的参数是能否起到有效抑制作用的关键问题。

本文也是基于这一点提出了SEDC和GTSDC参数优化设计的方法，可以减少切机台数抑制SSR问题。

对同类次同步谐振的研究也有很强的指导和借鉴意义。

1.2 次同步谐振问题研究现状由串补而引起的次同步谐振问题，国内外学者进行了大量的研究和工程实践，国际电气电子工程师协会专门成立了次同步谐振问题研究小组，对SSR的研究起到了关键的推动作用[16-25]。

国内的专家也进行了大量SSR问题的研究，总结和归纳出了很多研究成果。

- 1 -1.2.1 SSR产生机理与分析方法次同步谐振的产生机理可从以下三个方面加以解释[22-27]：（1）感应发电机效应（2）机电扭振互作用（3）暂态力矩放大作用感应发电机效应和机电扭振互作用属于小扰动稳定，常用线性化模型和小扰动分析方法（如特征分析法、复数力矩系数法）加以研究；而暂态力矩放大作用常出现在大扰动的情况下，会造成发电机轴系较大的扭振，属于大扰动下的强非线性，通常采用电磁暂态程序仿真分析。

含规模化新能源的电力系统次同步振荡研究我国能源赋存与负荷中心呈逆向分布,为实现大容量、远距离输送电能往往采用特高压交流或特高压直流输电技术。

串联电容补偿做为提高大容量远距离交流输电能力的一种主要手段得到了大量的应用,但可能引发次同步振荡问题,威胁大型火电机组和系统的安全稳定运行。

随着风电、光伏等新能源并网发电规模的不断增大,次同步振荡问题也变得更为复杂。

本文针对含规模化新能源的电力系统次同步振荡问题,开展了如下研究：阐述双馈风力发电机组的运行原理及运行特性,建立了风力机模型、传动轴系模型、感应发电机模型、变流器及其控制系统模型以及全风速范围内风力机控制系统模型,给出了标幺值情况下双馈风力发电机组各组成部分的方程,为后续的次同步振荡研究奠定基础。

针对双馈风电场经串补送出系统的次同步振荡问题,在MATLAB和PSCAD中分别建立了适用于次同步振荡研究的小信号分析模型、时域仿真模型,利用特征值分析法和时域仿真法阐述了全风速范围内系统的次同步振荡特性,研究了风速、串补度、转子侧变换器PI参数、网侧变换器PI参数、线路电阻对次同步振荡的影响,并利用时域仿真法对频域分析结果进行了验证。

针对风火打捆经串补送出系统的次同步振荡问题,在PSCAD中建立了适用于次同步振荡研究的仿真模型,利用时域和频域分析法分析了风火打捆系统的次同步振荡特性,研究了风电渗透率、风速、风电场接入位置对火电机组次同步振荡的影响。

为研究光伏、火电打捆经串补送出系统的次同步振荡问题,以IEEE次同步振荡第一标准模型为基础,在PSCAD中建立了加入并网光伏的修改模型,利用复转矩系数法和时域仿真法分析了无附加阻尼控制器时并网光伏对系统次同步振荡特性的影响。

设计了多通道有功型附加阻尼控制器、无功型附加阻尼控制器以及混合型附加阻尼控制器。

研究了光伏容量、附加阻尼控制器类型对次同步振荡抑制效果的影响。

基于全控型变流器件的发电机组次同步振荡抑制方法摘要：随着电力系统规模的不断扩大和运行模式的改变，次同步振荡问题越来越严重，给电力系统的安全稳定运行带来了一定的威胁。

本文针对次同步振荡问题，提出了一种基于全控型变流器件的发电机组次同步振荡抑制方法。

该方法能够有效抑制次同步振荡，提高电力系统的稳定性。

首先介绍了次同步振荡的成因及其对电力系统的影响，然后详细介绍了该抑制方法的原理和实施步骤，最后通过仿真实验验证了该抑制方法的有效性。

关键词：次同步振荡；全控型变流器件；抑制方法；电力系统稳定性一、引言电力系统是现代社会不可或缺的重要基础设施，而次同步振荡问题是电力系统稳定运行的一个重要挑战。

次同步振荡指的是发电机组与电力系统的振荡频率相邻或接近时产生的振荡现象。

该问题不仅会导致电力系统的供电质量下降，还会增加电力设备的损坏风险，甚至导致系统崩溃。

因此，研究和解决次同步振荡问题对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

二、次同步振荡的成因及其对电力系统的影响次同步振荡产生的原因主要有以下几个方面：发电机组参数设置不合理、电力系统负载突变、变电站并网方式不合理等。

次同步振荡对电力系统的影响主要体现在两个方面：一是对系统频率的稳定性产生影响，使系统频率偏离额定频率，从而影响电力设备的正常运行；二是会引起负荷电流和电压的波动，加剧电力设备的磨损和老化。

该抑制方法主要包括两个部分：全控型变流器件的控制方法和振荡信号的抑制方法。

控制方法：利用全控型变流器件的控制特性，通过调节控制器中的参数来抑制次同步振荡。

具体的控制方法包括调节发电机组的励磁系统、采用自适应控制等。

振荡信号的抑制方法：借助于全控型变流器件的控制功能，通过对振荡信号进行抑制来减小次同步振荡。

抑制方法主要包括滤波、滞后环路控制等。

四、实施步骤1.收集电力系统的运行数据，分析次同步振荡问题的产生原因。

2.利用实时监测设备对发电机组和电力系统的振荡信号进行采集和记录。

双馈风电机组次同步谐振分析与抑制对策研究摘要：双馈风电机组在风力发电中是非常重要的设备，我们要注意其控制器以及串补输电系统之间的关联，他们的相互作用可能会产生风电场次同步谐振现象，我为此翻看了诸多文献，对此进行了深入研究，想探究陷波器是否对双馈风电机组控制器与次同步谐振电路之间产生作用，在实现次同步谐振基础上结合陷波器以及阻尼控制器次同步谐振综合意识方法，希望为风电次同步谐振问题解决有所帮助。

关键词：风电机组；同步谐振；分析对策在风电的传输过程中，通常情况下会对输电系统进行串联补偿，来实现电路的高效传输，但是我们都知道这其中的缺陷，电能在传输的过程中非常容易出现次同步谐振的问题，风电机组更多的是多项联合排列，这就对风电基地产生比较严重的影响，也对外送系统会产生比较大的问题，就比如华能伊敏发电厂有过出现次同步振荡的情况，甚至某地区风电场直接发生了次同步谐振的事故，后果是直接导致了部分风电机组脱离工作，危险系数是比较大的，正因为如此，对风电场次同步现象进行研究与对风电场次同步谐振抑制(sub-sychronous resonance, SSR )是显得十分重要。

1电力系统次同步谐振概述电力系统次同步谐振，更多的是指发电机与具有串联补偿的输电线路进行耦合反应，从而两者产生的机电振荡行为，我们可以根据其产生的原因以及后果来分类，比如感应发电机（induction generator effect, IGE）效应，机电扭转相互作用，暂态力矩放大（transient torque amplification, TTA ），除了这些，还有我们本文章打算讨论的风电机组的次同步谐振现象，众所周知，风电机组与普通的火电机组是不一样的，这种现象的振荡速率是变流器控制以及电气系统结构影响的。

我所查阅的文献1对三种不同的类型风电机组和它们分别有可能产生的次同步振荡问题进行研究，文献2其中介绍了利用频率扫描的方法对风电机组中风速，串流互补引起的IEG问题进行考证与分析，我翻看文献3和文献4，两部分都对我想探究的双馈风力发电机组进行了详细分析，对其模型进行的创新性的解读，其中有利用特殊值来进行分析，对次同步谐振产生的原因进行了分析，我在此总结出其三个特点，首先就是串补度的问题，其次就是风速与电流内环控制参数，文献2和文献4都对风力机组中定子，转子电磁转换与其变化量之间的阻尼特性，利用此来对双馈机组次同步谐振进行考量。

新能源电力系统次同步振荡问题研究综述摘要：随着我国电力电子技术的不断向前发展，新能源这个名词对我们来说越来越熟悉，甚至在我们的日常生活当中随处可见，它的广泛应用给我们带来了积极影响，例如推动我国科技发展的水平与速度，彻底改变了人民群众的日常生活。

新能源电力系统就是一个很好的体现，然而在当今社会，新能源电力系统的组成结构在不断的变化，变得越来越复杂。

正因如此，新能源电力系统的次同步振荡问题也层出不穷，而引发这些问题的根源、它们的呈现形式、严重层次以及解决方法是每一个电力企业乃至全世界都高度重视的。

所以本篇文章就是针对新能源电力系统次同步振荡出现的问题展开研究，并对其提出可靠的意见和相关的措施。

关键词：新能源电力系统；次同步振荡问题；研究；建议与措施引言：电力系统当中的次同步振荡其实就是一个专业用语，它是维持整个电力系统稳定性的重要因素之一。

电力系统次同步振荡的危险系数极高，其中最为常见的、也是最严重的问题就是发电机的有关轴系会因为各种各样的影响因素从而遭到损坏，例如因为经常承担很大的转矩致使发动机长期处于一种非常劳累的状态下，从而缩短其的工作年限，甚至可能会导致发电机出现裂痕、毁坏的情况。

因此我们必须高度重视电力系统次同步振荡中存在的问题并且不断的完善。

一、我国新能源电力系统次同步振荡的发展状况在电力系统次同步振荡当中最容易发生的情况就是失去稳定性，而这一问题的发生往往是会影响整个电力系统的正常工作，从而造成重大的安全事故，因此有关的学术团体与工业行业针对这一系列的现象展开了激烈的研究与讨论，例如在1973年国际电力协会成立了次同步振荡的研究小组，引起了一股热潮。

但是不得不承认，在当今社会，我国的发电主要还是依靠电力、水力，随着科学技术的不断更新与创造，电力行业正在接收着严峻的考验，我国电力系统次同步振荡的问题、形式需要进行重新梳理与定义。

而电力系统的次同步振荡形式主要分为以下几种：第一种就是电力系统当中的次同步振荡，它是在整个电力系统的工作过程当中受到影响后而出现的一种非正常的机械振动状况，这时候电力系统的发动机与电网正在进行低频的能量互换。

第8章HVDC引发SSO的机理及抑制8.1 概述由HVDC输电系统引起电力系统SSO的原因可以归纳为三种情况：（1）与HVDC的辅助控制器相关；（2）与HVDC系统的不正常运行方式相关；（3）与HVDC系统的电流控制器相关。

第一种情况可以通过改造辅助控制器来消除隐患，第二种情况尽管难以预测，但在实际工程中很少碰到，可以通过规范系统的运行来解决，第三种情况较为常见，可以通过在HVDC 控制器中做些改变加以解决，如加入SSDC。

本文重点讨论由HVDC电流控制器引发的SSO 问题。

实际经验表明，次同步振荡基本上只涉及汽轮发电机组，尤其是30万千瓦以上的大容量机组。

水轮发电机组转子的惯量比汽轮机要大得多，且水轮机的水轮上具有黏性阻尼，故其转子的固有阻尼很高，不易发生次同步振荡。

对于汽轮发电机组，HVDC系统也只有在一系列不利因素同时作用时,才可能产生次同步振荡不稳定。

这些不利因素主要包括：（1）汽轮发电机组与直流输电整流站之间的距离很近；（2）该汽轮发电机组与交流大电网的联系很薄弱；（3）该汽轮发电机组的额定功率与HVDC系统输送的额定功率在同一个数量级上。

其中，汽轮发电机组与交流系统大电网之间联系的强弱对其能否发生次同步振荡起着非常重要的作用。

常规电力负荷的特性随频率而变化，它们对发电机组次同步振荡有一定的阻尼作用，但当发电机与大电网的联系较弱时，这个阻尼基本上不起作用。

此外，若HVDC 系统所输送的功率大部分由附近的汽轮发电机组供应，则功率振荡通常发生在整流站和这些发电机组之间，当HVDC的额定功率与附近发电机组的额定容量相差不大时，振荡情况较严重。

在逆变站附近的汽轮发电机组一般不会发生次同步振荡，因为它们并不向直流输电系统提供有功功率,而只是与逆变站并列运行，向常规负荷供电。

HVDC系统中的次同步振荡与HVDC运行工况、控制方式、控制参数、输送功率、直流线路参数，以及发电机同直流输电线的耦合程度等因素有关。