高压直流输电系统的次同步振荡分析与控制器设计

摘要

随着我国“西电东送”项目的实施，高压直流输电(HVDC)技术和串联补偿技术在远距离大容量输电的实现上得到了长远的进展。而串联电容补偿的交流输电系统和高压直流输电系统都会引发发电机组轴系扭振，即次同步振荡(SubsynchronousOscillations，SSO)。因此，研究高压直流输电系统引发的发电机组次同步振荡问题与如何有效抑制次同步振荡具有非常重要的意义。
　　本文开篇介绍了次同步振荡的研究背景及研究方法，然后分别阐述了串补及高压直流输电系统引发的次同步振荡的产生机理，分析电气扰动传递特性。接着基于IEEESSR第一模型对发电机轴系进行分析。再接着以CIGRE高压直流输电模型为基础，建立次同步振荡模型及小信号数学线性化模型，分析其发电机在模态1-5的特征值以及模态阻尼比。然后采用时域仿真法与复转矩法相结合的方法，在MATLAB/SIMULINK对其电气阻尼进行分析，得到控制器参数、触发角大小都对其阻尼产生一定的影响。最后在PSCAD/EMTDC软件上改变交流侧的等值阻抗分析及验证交直流耦合强度对次同步振荡的影响，并对发电机转速度进行FFT分析，验证其不同模态频率下，各轴系的振荡情况。此外还建立交直流并联输电系统的次同步振荡模型，分析比较不同串补度、控制器参数、触发角大小的电气阻尼特性，通过时域仿真法分析次同步振荡的情况，并且比较了两种次同步振荡的异同点。
　　针对次同步振荡问题，分别设计了以发电机角速度为反馈信号及频率偏差为反馈信号，采用单模态和分模态控制的方法的三种附加阻尼控制器(SSDC)。通过分析其安装SSDC后电气阻尼情况及小扰动后时域仿真情况比较并验证所设计控制器的抑制效果。此外，在SSDC1的基础上，设计不同的增益、相位补偿及滤波器分析其对抑制次同步振荡的影响。同时基于相同原理针对交直流输电系统的次同步振荡设计一个控制器，并验证其有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 次同步振荡问题研究现状

1．2．1 次同步振荡的定义

1．2．2 次同步振荡的研究方法

1．2．3 抑制次同步振荡的方法

1．3 本文研究的内容

第2章 次同步振荡问题的机理分析

2．1 引言

2．2 串联补偿引起的次同步振荡

2．2．1 串联补偿的作用

2．2．2 串联系统的次同步产生机理

2．3 HVDC引起的次同步振荡

2．3．1 HVDC次同步振荡的影响因素

2．3．2 HVDC次同步振荡的机理

2．3．3 电气扰动传递特性

2．4 发电机轴系运动方程

2．5 本章小结

第3章 直流输电系统次同步振荡问题分析

3．1 引言

3．2 高压直流输电系统线性化模型

3．3 高压直流输电系统次同步振荡分析

3．3．1 电气阻尼分析

3．3．2 系统运行参数对阻尼的影响

3．3．3 次同步振荡时域仿真分析

3．4 交直流并联次同步振荡分析

3．4．1 电气阻尼分析

3．4．2 时域仿真分析

3．5 本章小结

第4章 SSDC抑制高压直流输电系统SSO的研究

4．1 引言

4．2 附加次同步振荡阻尼控制器原理

4．3 SSDC的设计方案与结构

4．3．1 输入信号选择

4．3．2 SSDC设计方案

4．3．3 滤波器选择

4．3．4 SSDC的参数设置

4．4 高压直流输电系统SSDC的设计与分析

4．4．1 系统阻尼分析

4．4．2 时域仿真分析

4．4．3 设计方案对次同步振荡抑制时域仿真分析

4．5 交直流输电系统SSDC设计与分析

4．5．1 系统阻尼分析

4．5．2 仿真分析

4．6 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果