1、沽源風(fēng)電次同步諧振相關(guān)工作情況匯報(bào)軸系與機(jī)組控制器、HVDC控制系統(tǒng)以及FACTS控制器的扭振相互作用，和串聯(lián)補(bǔ)償回路引起的次同步諧振（SSR）的原理截然不同，被簡稱為裝置型（Device Dependent）次同步振蕩（SSO）。SSO的提出，既是對(duì)SSR的區(qū)別，也反映了機(jī)組軸系與電力系統(tǒng)扭振耦合作用研究領(lǐng)域的深入和拓寬。一、沽源風(fēng)電-串補(bǔ)系統(tǒng)諧振現(xiàn)象1.1沽源地區(qū)風(fēng)電諧振概述2014年底，沽源地區(qū)27座風(fēng)電場呈輻射狀分別接入沽源、察北、義緣、白龍山變電站，并網(wǎng)容量4175.6MW。圖1沽源地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖2010年10月，沽源串補(bǔ)投運(yùn)。此后，在沽源500kV運(yùn)行線路的串補(bǔ)全部投運(yùn)，220

2、kV風(fēng)電系統(tǒng)正常送出情況下，發(fā)生了多起諧振事件，表現(xiàn)為沽源及各風(fēng)電場變壓器異常振動(dòng)，多個(gè)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，風(fēng)電場相關(guān)保護(hù)及錄波裝置啟動(dòng)。1.2沽源地區(qū)風(fēng)電次同步諧振特征沽源諧振發(fā)生時(shí)，沽源外送通道的所有串補(bǔ)均投入使用，沽源地區(qū)風(fēng)電出力較小，主要集中在出力占裝機(jī)容量的3%10%范圍內(nèi)，且諧振多發(fā)生在風(fēng)電總有功功率下降階段。諧振過程中，電流振幅較大，最大能達(dá)到50%以上，而電壓振幅不超過1%。振蕩頻率主要集中在68Hz，同一時(shí)刻不同地點(diǎn)諧振頻率完全相同，但隨著風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，諧振頻率稍有下降。沽源諧振符合LC回路諧振頻率的規(guī)律。在振蕩的全過程中，系統(tǒng)始終處于臨界阻尼附近，在系統(tǒng)為弱負(fù)阻尼時(shí)，諧振發(fā)散；為弱

3、正阻尼時(shí)，諧振收斂。二、沽源風(fēng)電-串補(bǔ)系統(tǒng)次同步諧振機(jī)理沽源諧振的機(jī)理與目前學(xué)術(shù)上提出的風(fēng)電次同步諧振形態(tài)并不完全吻合，是一種新的風(fēng)電次同步諧振形態(tài)。沽源500kV母線以外系統(tǒng)具有LC諧振點(diǎn)，在次同步頻率下阻抗為容性，沽源500kV母線以下所帶感性設(shè)備與串補(bǔ)電容構(gòu)成次同步頻率下的諧振回路，是引發(fā)諧振的必要條件；諧振具有弱阻尼特征，雙饋風(fēng)機(jī)為諧振提供了負(fù)阻尼，是諧振持續(xù)存在的充分條件。2.1雙饋風(fēng)控制參與的感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)串補(bǔ)電容與DFIG的相互作用導(dǎo)致沽源集群風(fēng)電-串補(bǔ)輸電系統(tǒng)中存在一個(gè)次同步頻率的電氣諧振點(diǎn)，即SSR模態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)受擾時(shí)，系統(tǒng)中的電氣量中會(huì)出現(xiàn)SSR模態(tài)的分量。在610Hz頻率下

4、，雙饋電機(jī)滑差為負(fù)數(shù)，使雙饋電機(jī)表現(xiàn)出負(fù)阻尼特性，即相當(dāng)于一臺(tái)異步發(fā)電機(jī)，可向電網(wǎng)提供維持次同步分量的能量，若此能量足夠大且大于系統(tǒng)電阻的損耗就能使SSR持續(xù)下去。在雙饋電機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組中含有與次同步頻率對(duì)應(yīng)的交流擾動(dòng)量時(shí)，在機(jī)側(cè)變流器閉環(huán)控制系統(tǒng)的作用下，轉(zhuǎn)子電壓也會(huì)存在相應(yīng)的擾動(dòng)量，對(duì)外表現(xiàn)出阻尼特性，其阻尼大小與控制參數(shù)有關(guān)，其中PI控制器的比例系數(shù)Kp影響較大。因此，在傳統(tǒng)的異步電機(jī)中，負(fù)阻尼大小為；而在雙饋電機(jī)中，負(fù)阻尼的大小近似為。雙饋風(fēng)機(jī)中Kp和rr一起參與了負(fù)電阻的產(chǎn)生，且Kp的參與顯著增強(qiáng)了負(fù)電阻效應(yīng)，增益越大，轉(zhuǎn)子提供的負(fù)阻尼就越強(qiáng)。我們把這一機(jī)理定義為雙饋風(fēng)機(jī)控制參與的

5、感應(yīng)發(fā)電機(jī)現(xiàn)象。這是大量安裝雙饋型感應(yīng)電機(jī)風(fēng)電場容易產(chǎn)生SSR的根本原因。2.2影響因素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估風(fēng)速和風(fēng)機(jī)并網(wǎng)臺(tái)數(shù)對(duì)沽源諧振的影響如圖2所示。圖2并網(wǎng)發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)和風(fēng)速對(duì)SSR特性的影響圖3 SSR穩(wěn)定性量化的邊界條件SSR穩(wěn)定性量化的邊界條件如圖3所示，圖中紅色網(wǎng)格平面為阻尼為零的平面，當(dāng)某種工況下SSR阻尼高于此紅色網(wǎng)格平面時(shí)，SSR不穩(wěn)定；反之，當(dāng)某種工況下SSR阻尼低于此紅色網(wǎng)格平面時(shí)，SSR穩(wěn)定。雙饋風(fēng)機(jī)的控制參數(shù)對(duì)次同步諧振也有顯著的影響，其中RSC電流跟蹤控制環(huán)增益直接參與負(fù)阻尼的產(chǎn)生，對(duì)集群風(fēng)電-串補(bǔ)輸電系統(tǒng)中的SSR特性影響最大。三、風(fēng)電-串補(bǔ)系統(tǒng)次同步諧振對(duì)策研究3.1串補(bǔ)

6、電容的投退運(yùn)行方式沽源500kV串補(bǔ)裝置與沽源500kV母線以下風(fēng)電系統(tǒng)構(gòu)成次同步諧振回路是引發(fā)SSR的必要條件。基于上述分析，通過旁路一套500kV串補(bǔ)裝置，破壞發(fā)生諧振的必要條件，使系統(tǒng)在原諧振頻率處呈感性，可從根本上避免諧振的產(chǎn)生。2011年，華北調(diào)控分中心制定了在沽源風(fēng)電出力低于100MW的情況下退出一套串補(bǔ)裝置的臨時(shí)運(yùn)行措施，在一段時(shí)間內(nèi)，起到了避免諧振發(fā)生的作用，抑制諧振的效果非常明顯。而在進(jìn)入2012年12月以后，隨著沽源地區(qū)大量新建風(fēng)電場的接入，沽源地區(qū)發(fā)生諧振的條件隨之發(fā)生變化，低頻諧振的發(fā)生概率呈現(xiàn)增大趨勢。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析的結(jié)果，諧振發(fā)生在風(fēng)電出力小于250MW的次數(shù)約占總

7、次數(shù)的85%。2014年4月，對(duì)串補(bǔ)投退原則重新進(jìn)行了調(diào)整，在功率低于250MW情況下，臨時(shí)退出一套串補(bǔ)裝置。該措施的應(yīng)用使諧振發(fā)生概率降低為原來的5%以下。該方法原理簡答，操作容易，而且不會(huì)增加額外的投資。但是，切除串補(bǔ)裝置后系統(tǒng)穩(wěn)定極限下降，給沽源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不良影響。同時(shí)，頻繁的投退串補(bǔ)裝置引起線路輸送功率及穩(wěn)定極限的頻繁變化，對(duì)串補(bǔ)裝置本身和其他電網(wǎng)設(shè)備造成沖擊，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。3.2系統(tǒng)側(cè)抑制方法-主動(dòng)能量吸收型SSR抑制器主動(dòng)能量吸收型SSR抑制器的基本工作原理是，通過合理設(shè)計(jì)次同步阻尼控制器，使其產(chǎn)生與系統(tǒng)電壓次同步分量成正比的參考電流信號(hào)，該參考電流信號(hào)輸入到并

8、聯(lián)在風(fēng)電場出口母線處的大功率電力電子變換器中產(chǎn)生真實(shí)的次同步電流，將該次同步電流注入到風(fēng)電場串補(bǔ)系統(tǒng)中，對(duì)風(fēng)電場SSR起到阻尼作用。若利用合理設(shè)計(jì)的SSR抑制器，消耗掉負(fù)電阻所產(chǎn)生的諧振能量，系統(tǒng)就能夠保持穩(wěn)定。在諧振發(fā)生的次同步頻率處，SSD等效為純電阻；而在工頻處，并聯(lián)型SSD等效為開路。這樣不僅可以防止SSR的發(fā)生，減小SSD的容量，還可以保持系統(tǒng)的工頻工作狀態(tài)不變。3.3風(fēng)機(jī)側(cè)抑制方法-嵌入式SSR抑制濾波器風(fēng)機(jī)側(cè)抑制方法-嵌入式SSR抑制濾波器通過在雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制的反饋通道中嵌入SSR抑制濾波器，將電流反饋信號(hào)中的SSR模式信號(hào)濾除掉，從而降低乃至消除雙饋風(fēng)機(jī)控制與串補(bǔ)電網(wǎng)之間的相互作用，有利于避免SSR風(fēng)險(xiǎn)。通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，該方法對(duì)風(fēng)電場SSR問題具有非常強(qiáng)的抑制需要，SSR抑制濾波器能顯著增強(qiáng)雙饋風(fēng)機(jī)對(duì)SSR的自免疫能力，提高系統(tǒng)阻尼。SSR抑制濾波器方法原理簡單，僅需在雙饋風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)中加入SSR抑制濾波器即可獲得非常強(qiáng)的SSR抑制能力，不需要其他的設(shè)備安裝和投資。但是，已建成的風(fēng)電場中包含成百上千臺(tái)風(fēng)機(jī)，它們由不同的生產(chǎn)廠家制造，升級(jí)每臺(tái)雙饋風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)將帶來的十分巨大的工程量。此外，當(dāng)雙饋風(fēng)機(jī)用于不同的串補(bǔ)輸電系統(tǒng)時(shí)，各系統(tǒng)的串補(bǔ)度也會(huì)有較大差異，造成SSR頻率