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多运行方式变频电源参与次同步相互作用的分析

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-19 09:21    点击量:

    2017年第11期《电工技术学报》,大规模变频电源经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,变频电源系统运行方式、串补度及变频电源控制参数为主要影响因素.

多运行方式变频电源参与次同步相互作用的分析
    采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型场变频电源系统中,研究多运行方式下串补变频电源系统的次同步相互作用.利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频电源PI控制参数,并基于变频电源提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略.

    仿真结果表明,双馈串补变频电源系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频电源加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步对这一相互作用具有免疫特性.

    我国的风资源主要集中于西部、北部地区,远离负荷中心,串联电容补偿技术是提高远距离输电变频电源系统传送能力的常用措施.但场变频电源经串补线路并网在一定条件下易激发电力变频电源系统次同步相互作用(SubSynchronous Interaction,SSI),威胁场的安全稳定运行.

    变频电源系统SSI问题分为3种类型: 次同步扭振相互作用(Sub-SynchronousTorsional Interaction,SSTI) 、次同步谐振(Sub-SynchronousResonance,SSR)和次同步控制相互作用(Subsynchronous Control Interaction,SSCI).

    最先受到人们关注的是20世纪70年代美国Mohave电厂机组因SSR使轴系受损.SSCI是一种新型次同步振荡现象,2009年美国德克萨斯州公布了第一起 SSCI 事故,一条345 kV传输线因接地故障断线被切除,变频电源输电线路串补度从50%上升为75%,场电压与电流都出现了次同步振荡,导致风机大面积脱网,内部撬棒电路损坏.因此,次同步相互作用原理和影响因素分析以及如何有效抑制具有重要的现实意义.

    目前,国内外针对次同步相互作用的分析与抑制已开展研究.文献[36]通过建立双馈风机串补变频电源系统的小干扰模型,分别采用结合参与因子的模式分析法和定转子转矩分析法,研究了风速、串补度及变频电源PI参数对次同步振荡特性的影响,但并没有提出有效的抑制措施.

    文献[7]通过特征值灵敏度分析得到风机转子侧变频电源(Rotor Side Converter,RSC)电流环比例系数是影响SSI的重要因素,减小该系数可起到一定抑制作用.但是,当该系数减小到一定程度后会破坏风机控制频带宽度,难以满足故障穿越要求.

    文献[8,9]对参与SSI抑制进行研究,证明风机变频电源采用类似同步发电机附加阻尼控制策略的有效性,文献[10]利用静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)的能力阻尼SSI,因网侧变频电源( Grid Side Converter,GSC) 的拓扑结构与STATCOM相似,文献[8]在GSC附加阻尼控制为变频电源系统提供正阻尼,通过对比加装阻尼控制器前后的相同运行工况来反映 SSI 抑制效果.

    由于出力与负荷具有随机波动特性,在某种特定运行工况下设计的SSI阻尼控制器随变频电源系统运行状态变化可能不再适用,目前鲜有文献涉及适用于多运行方式下次同步相互作用的分析方法与抑制措施,而且上述文献探讨SSI问题大都针对双馈感应风力发电机组( Doubly Fed Wind Induction Generator,DFIG) ,而较少文献涉及永磁同步风力发电机组(PermanentMagnet Synchronous Generator,PMSG).

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