高压直流输电系统次同步振荡的特征值分析与控制

摘要

电力系统次同步振荡是高压直流(High Voltage Direct Current，HVDC)输电系统与汽轮发电机组轴系间常常发生的一种机电相互作用，会导致发电机转轴损坏甚至断裂，破坏电力系统的安全稳定运行。随着我国高压直流输电技术的发展和推广，由直流系统的快速控制特性引起的次同步振荡问题已经受到了广泛的关注。深入研究次同步振荡机理并采取有效的抑制措施，对理论研究和工程实践都有重要的意义。本文基于特征值分析法，针对直流输电系统可能引发的次同步振荡进行了深入的分析和研究，主要内容包括：
　　 (1)分析了次同步频率信号在电力系统各部分之间的传递及频率变换关系，详细阐明了次同步振荡产生时系统各状态量的变化过程，揭示了直流输电系统引发次同步振荡的机理和根本原因；
　　 (2)建立了详细的直流输电系统次同步振荡分析所用的线性化数学模型，包括汽轮发电机组多质块轴系模型、发电机电磁回路模型、励磁系统模型、直流输电及其控制系统模型、交流网络电磁暂态模型、汽轮机模型，同时考虑了调速器和电力系统稳定器的动态响应及作用，建模难度大，模型通用性强，能够全面准确地反映HVDC引发的次同步振荡问题；
　　 (3)分别针对单机系统和多机系统模型，用特征值法分析了HVDC系统的次同步振荡特性，并对部分结论进行了仿真验证；研究了HVDC控制系统参数对发电机组次同步振荡特性的影响；详细分析了多机系统中机组间的扭振相互作用及其影响因素；
　　 (4)为典型直流输电系统设计了附加次同步阻尼控制器(SupplementalSubsynchronous Damping Controller，SSDC)，并分析其抑制次同步振荡的效果，证明了所设计SSDC的有效性；研究了SSDC参数对其抑制效果的影响规律，这是SSDC设计与整定中不可缺少的重要组成部分。