电力系统次同步振荡

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1、第8章HVDC引发SSO的机理及抑制由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。笫一种情况可以通过改造辅助控制器來消除隐患，笫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來解决，笫三种情况较为常见，可以通过在HVDC控制器中做些改变加以解决，如加入SSDCo木文重点讨论由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

2、是30万千瓦以上的大容量机组。水轮发电机组转了的惯量比汽轮机要大得多，水轮机的水轮上具冇黏性阻龙，故具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。这些不利因素主耍包括：（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。其屮，汽伦发电机组与交流系统人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。

3、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Z间，当HVDC的额定功率与附近发电机组的额定容量相差不人时，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系统小的次同步振荡与HVDC运行工况、控制方式、控制参数、输送功率

4、、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。8.2次同步电气量在交直流侧间的传递关系分析HVDC换流器具有离散采样和调制的特性，可以用开关函数法对其进行分析。对换流器进行开关函数分析后，可以得到系统的次同步电气虽在发电机组转子、交流网络、HVDC直流侧系统Z间的相互传递关系。当交流侧电压中有频率为com的次同步分量时，经过换流器调制作用后在直流电压小将存在显著的频率为（a）o-（om）的分量，其中（0。为系统的额定频率；反乙当直流电流小存在次同步频率为◎的纹波分最时，经过换流器调制作用后在交流侧相

5、电流屮将存在显著的频率为（®o±COr）的分最。发电机组转子少交流网络的次同步分量是通过定、转子磁场的相对运动产生的。转子上频率为処的扰动会在定子侧感应出与3互补的次同步（吋如分最和超同步（3o+COs）分最。对于超同步分量，系统往往具有正的阻尼特性，一般不会引起振荡；但对于次同步分量则易形成负阻尼，从而引发轴系的次同步振荡。综上所述，在分析由HVDC输电系统引起的SSO吋，可以认为发电机转子上频率为cds的扰动在定子侧感应出频率为(3o・g)的次同步分量，该次同步分量经电网络传输到直流输电系统的换流母线侧，频率

6、为的交流电压分量在直流侧电压中产生频率为(o)o-(co0-cos))的电压纹波分量和直流纹波电流，也就是说,发电机转了上的小扰动在经过交流网络传播后,将在直流侧感应出与转子小扰动同频率的电压分量。当然，该纹波电流在交流网络屮就乂会感应ll!(coo-a)s)的次同步电流分量。这就是状态量的次同步分量在系统各个环节间的相互传递过程和频率变换关系。如果示产生的扰动电流助增了初始的次同步电流，且扰动电压、电流形成的稳定电磁力矩足以维持轴系的扭振，系统中就会形成正反馈的轴系次同步振荡。8.3高压直流输电系统的扭振相互作

7、用分析HVDC系统引发的次同步振荡时，可以把整个动力系统分解为电气部分和机械部分，两部分通过发电机组的电枢磁场和调速系统进行耦合。轴系运动过程中的蒸汽摩擦、油膜粘滞、风阻、结构阻尼等作用使得机组的机械阻尼为正。若电气部分形成的阻尼为负，且其值超过了正的机械阻尼，则系统在该振荡模态下的振荡是发散的，如果不釆取适当的抑制措施，则会损坏发电机轴系，甚至导致系统失稳。分析由HVDC系统引起的电气负阻尼时，需要详细地分析交肓流系统状态最的变化过程。本文以图8-1所示的简化HVDC系统模型为例分析HVDC引发SSO吋系统状态

8、量的变化过程，状态屋的变化过程见图8-2o若L整流站紧密耦合的发电机上转子机械角速度有微小扰动△/,则将引起机端电压(即图8-1中的整流站换流母线电压t/ZQ,)的幅值U和相位血发牛变化，且该电压的扰动会经过交流输电网传递到整流站换流母线上。现代的HVDC系统屮换流器普遍采用等间隔触发方式，因此换流母线电压的相角偏移会导致换流阀触发角a作相同角度的偏移，记为触发角的改变以