HVDC引起的次同步振荡分析及抑制措施研究

摘要

我国的能源基地与负荷中心的逆向分布特点突出，无论是电能的远距离大容量输送、区域电网异步互联，或是实现能源资源的优化配置，都需要大功率高压直流输电技术的强力支撑。然而，随着近年来我国新投运的高压直流输电工程数量增多，电网架构日趋复杂，高压直流输电给系统带来的稳定性问题逐渐突显出来，次同步振荡问题就是其中之一，威胁着电力系统的安全稳定运行。因此，研究高压直流输电引起的次同步振荡问题及其抑制措施具有重要的理论价值和实际意义。
　　本文首先研究了典型HVDC交直流混合系统引发次同步振荡的机理，建立了交直流混合输电系统各元件的线性化数学模型，模型具有较强的通用性并适用于SSO分析;以简单HVDC系统为例，采用特征值法分析了系统的阻尼特性，研究了系统运行参数对特征值的影响规律，为其后多机系统SSO问题的研究及阻尼控制器的设计打下基础。
　　然后，针对复杂多机多模态的SSO问题进行了研究，结合贵州电网的实际情况，对贵广Ⅱ回直流系统附近机组进行UIF与稳定性分析，基于UIF法的筛选结果，进行了以盘南电厂为主要研究对象的系统简化等值，并采用特征值方法分析了盘南电厂各个扭振模态在不同运行条件下的模态阻尼。
　　针对盘南电厂存在的次同步振荡问题，采用SEDC的次同步振荡抑制方案。阐述了SEDC抑制次同步振荡的机理，并针对含SEDC系统的阻尼特性进行了分析，研究表明SEDC能增大原系统在模态频率下的阻尼，但含SEDC的系统存在阻尼守恒现象，因此提出利用遗传-模拟退火(GASA)算法对SEDC放大倍数进行优化的思想。此外，针对SEDC对励磁系统(含PSS)常规功能的影响进行了理论分析与仿真验证。
　　最后，结合贵州电网的次同步振荡问题以及盘南电厂即将采用SEDC抑制方案的实际工程，为了测试置SEDC物理装在工程实际中的抑制效果，搭建了贵州电网详细的RTDS实时仿真平台，闭环接入SEDC物理装置与ABB励磁装置。通过系统稳定性试验验证所搭建的仿真平台各环节的有效性及稳定性能，进行了SEDC装置输出信号的励磁通过性试验。验证了SEDC对不同类型故障激发的SSO均具有良好的抑制效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 次同步振荡问题的研究现状

1．2．1 次同步振荡的定义和分类

1．2．2 次同步振荡的研究方法

1．2．3 次同步振荡的抑制措施

1．3 论文的主要研究内容

第2章 简单HVDC系统SSO机理研究与特征值分析

2．1 引言

2．2 HVDC系统引起次同步振荡的机理分析

2．3 系统线性化模型

2．3．1 发电机多质量块轴系模型

2．3．2 发电机与变压器线性化模型

2．3．3 励磁系统线性化模型

2．3．4 直流输电系统线性化数学模型

2．3．5 整流侧对地电容的线性化模型

2．3．6 逆变侧对地电容的线性化模型

2．3．7 整流侧等值线路的线性化模型

2．3．8 逆变侧等值线路的线性化模型

2．4 简单HVDC系统的特征值分析

2．4．1 特征值分析法的基本思想

2．4．2 简单HVDC系统特征值分析

2．4．3 运行参数对系统特征值的影响

2．5 本章小结

第3章 贵州电网复杂多机多模态SSO问题研究

3．1 引言

3．2 贵州电网交直流混合输电系统概况

3．2．1 系统情况介绍

3．2．2 UIF与稳定性分析

3．2．3 系统简化等值

3．2．4 盘南电厂机组的多质块弹性轴系模型

3．3 贵州电网多机多模态SSO问题研究

3．3．1 多机系统特征值方法研究

3．3．2 系统特征值分析

3．4 本章小结

第4章 基于SEDC的次同步振荡抑制方案

4．1 引言

4．2 SEDC抑制SSO机理及含SEDC系统的阻尼特性分析

4．2．1 SEDC的工作原理

4．2．2 含SEDC的系统阻尼特性分析

4．3 SEDC控制参数的优化设计及抑制效果

4．3．1 优化模型的建立

4．3．2 GASA算法寻优

4．3．3 SEDC在等值系统中的抑制效果

4．4 SEDC对励磁系统(含PSS)常规功能的影响分析

4．4．1 理论分析

4．4．2 仿真验证

4．4．3 分析结论

4．5 本章小结

第5章 交直流混合系统次同步振荡建模研究

5．1 引言

5．2 PTDS介绍

5．3 交直流混合系统仿真建模

5．3．1 系统仿真平台与接线

5．3．2 交直流混合系统仿真建模

5．3．3 高压缸转速信号的转换与输出

5．4 实时数字-物理闭环仿真试验

5．3．1 系统稳定性试验

5．3．2 SEDC输出次同步信号的励磁通过性试验

5．3．3 故障激发SSO及SEDC抑制效果

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与参加科研情况

致谢