2017年第11期《電工技術學報》,大規模變頻電源經串補線路進行遠距離傳送存在引發次同步相互作用的風險,變頻電源系統運行方式、串補度及變頻電源控制參數為主要影響因素.
采用概率法和模式分析相結合,分別在含雙饋感應型和永磁同步型場變頻電源系統中,研究多運行方式下串補變頻電源系統的次同步相互作用.利用參與因子進行模式識別,研究了串補度對次同步振蕩模式及概率穩定性的影響,引入概率靈敏度指標分析起主導作用的變頻電源PI控制參數,并基于變頻電源提出一種魯棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略.
仿真結果表明,雙饋串補變頻電源系統中易產生次同步控制相互作用,在網側變頻電源加裝魯棒DFIG-PSS能實現其有效抑制,而永磁同步對這一相互作用具有免疫特性.
我國的風資源主要集中于西部、北部地區,遠離負荷中心,串聯電容補償技術是提高遠距離輸電變頻電源系統傳送能力的常用措施.但場變頻電源經串補線路并網在一定條件下易激發電力變頻電源系統次同步相互作用(SubSynchronous Interaction,SSI),威脅場的安全穩定運行.
變頻電源系統SSI問題分為3種類型: 次同步扭振相互作用(Sub-SynchronousTorsional Interaction,SSTI) 、次同步諧振(Sub-SynchronousResonance,SSR)和次同步控制相互作用(Subsynchronous Control Interaction,SSCI).
最先受到人們關注的是20世紀70年代美國Mohave電廠機組因SSR使軸系受損.SSCI是一種新型次同步振蕩現象,2009年美國德克薩斯州公布了第一起 SSCI 事故,一條345 kV傳輸線因接地故障斷線被切除,變頻電源輸電線路串補度從50%上升為75%,場電壓與電流都出現了次同步振蕩,導致風機大面積脫網,內部撬棒電路損壞.因此,次同步相互作用原理和影響因素分析以及如何有效抑制具有重要的現實意義.
目前,國內外針對次同步相互作用的分析與抑制已開展研究.文獻[36]通過建立雙饋風機串補變頻電源系統的小干擾模型,分別采用結合參與因子的模式分析法和定轉子轉矩分析法,研究了風速、串補度及變頻電源PI參數對次同步振蕩特性的影響,但并沒有提出有效的抑制措施.
文獻[7]通過特征值靈敏度分析得到風機轉子側變頻電源(Rotor Side Converter,RSC)電流環比例系數是影響SSI的重要因素,減小該系數可起到一定抑制作用.但是,當該系數減小到一定程度后會破壞風機控制頻帶寬度,難以滿足故障穿越要求.
文獻[8,9]對參與SSI抑制進行研究,證明風機變頻電源采用類似同步發電機附加阻尼控制策略的有效性,文獻[10]利用靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)的能力阻尼SSI,因網側變頻電源( Grid Side Converter,GSC) 的拓撲結構與STATCOM相似,文獻[8]在GSC附加阻尼控制為變頻電源系統提供正阻尼,通過對比加裝阻尼控制器前后的相同運行工況來反映 SSI 抑制效果.
由于出力與負荷具有隨機波動特性,在某種特定運行工況下設計的SSI阻尼控制器隨變頻電源系統運行狀態變化可能不再適用,目前鮮有文獻涉及適用于多運行方式下次同步相互作用的分析方法與抑制措施,而且上述文獻探討SSI問題大都針對雙饋感應風力發電機組( Doubly Fed Wind Induction Generator,DFIG) ,而較少文獻涉及永磁同步風力發電機組(PermanentMagnet Synchronous Generator,PMSG).
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