基于静止同步补偿器(STATCOM)抑制次同步谐振的控制策略研究

摘要

随着我国大型火电基地的建设及西电东送电网格局的形成，大规模远距离输电成为必然趋势，装有串联补偿装置的高压、特高压交流输送通道将成为未来电力输送通道的重要选择之一。大型火电机组接入含有串联补偿装置的交流线路极易发生次同步谐振问题，威胁火电机组安全及电网稳定运行。本文以同步发电机接入含有固定串联装置的交流线路电力系统为研究对象，主要介绍了次同步谐振的基本理论和分析方法，提出了利用静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)协调注入有功、无功次同步电流主动抑制次同步谐振的防治方案，指出了同步机初始功角和外部电网分流对于STATCOM抑制效果的影响，结合西北某省电网规划网架结构评估神华格尔木火电厂次同步谐振的风险，并在PSCAD/EMTDC时域仿真平台上搭建IEEE第一标准模型和神华格尔木火电基地的时域仿真模型，分别对该抑制方案进行了仿真验证。
　　本文首先介绍了次同步振荡的基本概念、主要的抑制措施及国内典型的火电机组次同步谐振防治方案。然后建立了同步发电机轴系、电机本体及含有固定串联补偿装置交流线路的小信号数学模型，介绍了常见的次同步谐振分析方法及其使用范围，并根据建立的数学模型给出了单机无穷大系统模式基于复转矩系数法的电气阻尼估算方法。接下来，提出了利用STATCOM协同注入有功、无功次同步抑制电流提供电气阻尼进而主动抑制次同步谐振的控制方案，分析了火电机组所处网架结构及初始功角对STATCOM抑制效果的影响，提出了STATCOM最优控制策略，并在PSCAD/EMTDC仿真平台上利用IEEE第一标准模型对以上分析结果和控制策略进行了仿真验证。最后基于接入电网远景年规划网架结构评估了神华格尔木火电厂不同运行方式下次同步谐振的风险，并将本文提出的次同步谐振抑制方案应用于该火电机组，在时域仿真平台上验证了其有效性。

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1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 次同步振荡的基本概念

1.3 常见次同步谐振抑制方法及典型防治工程

1.4 研究内容

2 次同步谐振基本理论及电气阻尼估算

2.1 次同步谐振分析基本数学模型

2.2 电力系统次同步谐振风险评估与分析方法

2.3 基于复转矩系数分析法的简化电力系统电气阻尼估算

2.4 本章小结

3 基于STATCOM抑制电力系统次同步谐振的研究

3.1 基于STATCOM抑制次同步谐振的机理与结构

3.2 STATCOM注入电流产生的电磁转矩

3.3 同步机功角及电网分流对STATCOM提供电气阻尼的影响

3.4 STATCOM最大电气阻尼优化设计

3.5 STATCOM抑制效果时域仿真验证

3.6 本章小结

4 西北某省火电基地次同步谐振风险分析

4.1 西北某省串补规划概况及次同步谐振问题概述

4.2 大电网次同步谐振综合评估与时域仿真研究

4.3 神华格尔木火电基地次同步谐振问题研究

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录