沽源风电次同步谐振相关工作情况汇报(1)

1、沽源风电次同步谐振相关工作情况汇报轴系与机组控制器、HVDC控制系统以及FACTS控制器的扭振相互作用，和串联补偿回路引起的次同步谐振（SSR）的原理截然不同，被简称为装置型（Device Dependent）次同步振荡（SSO）。SSO的提出，既是对SSR的区别，也反映了机组轴系与电力系统扭振耦合作用研究领域的深入和拓宽。一、沽源风电-串补系统谐振现象1.1沽源地区风电谐振概述2014年底，沽源地区27座风电场呈辐射状分别接入沽源、察北、义缘、白龙山变电站，并网容量4175.6MW。图1沽源地区电网结构示意图2010年10月，沽源串补投运。此后，在沽源500kV运行线路的串补全部投运，220

2、kV风电系统正常送出情况下，发生了多起谐振事件，表现为沽源及各风电场变压器异常振动，多个风电场风机脱网，风电场相关保护及录波装置启动。1.2沽源地区风电次同步谐振特征沽源谐振发生时，沽源外送通道的所有串补均投入使用，沽源地区风电出力较小，主要集中在出力占装机容量的3%10%范围内，且谐振多发生在风电总有功功率下降阶段。谐振过程中，电流振幅较大，最大能达到50%以上，而电压振幅不超过1%。振荡频率主要集中在68Hz，同一时刻不同地点谐振频率完全相同，但随着风机脱网，谐振频率稍有下降。沽源谐振符合LC回路谐振频率的规律。在振荡的全过程中，系统始终处于临界阻尼附近，在系统为弱负阻尼时，谐振发散；为弱

3、正阻尼时，谐振收敛。二、沽源风电-串补系统次同步谐振机理沽源谐振的机理与目前学术上提出的风电次同步谐振形态并不完全吻合，是一种新的风电次同步谐振形态。沽源500kV母线以外系统具有LC谐振点，在次同步频率下阻抗为容性，沽源500kV母线以下所带感性设备与串补电容构成次同步频率下的谐振回路，是引发谐振的必要条件；谐振具有弱阻尼特征，双馈风机为谐振提供了负阻尼，是谐振持续存在的充分条件。2.1双馈风控制参与的感应发电机效应串补电容与DFIG的相互作用导致沽源集群风电-串补输电系统中存在一个次同步频率的电气谐振点，即SSR模态，当系统受扰时，系统中的电气量中会出现SSR模态的分量。在610Hz频率下

4、，双馈电机滑差为负数，使双馈电机表现出负阻尼特性，即相当于一台异步发电机，可向电网提供维持次同步分量的能量，若此能量足够大且大于系统电阻的损耗就能使SSR持续下去。在双馈电机中，当转子绕组中含有与次同步频率对应的交流扰动量时，在机侧变流器闭环控制系统的作用下，转子电压也会存在相应的扰动量，对外表现出阻尼特性，其阻尼大小与控制参数有关，其中PI控制器的比例系数Kp影响较大。因此，在传统的异步电机中，负阻尼大小为；而在双馈电机中，负阻尼的大小近似为。双馈风机中Kp和rr一起参与了负电阻的产生，且Kp的参与显著增强了负电阻效应，增益越大，转子提供的负阻尼就越强。我们把这一机理定义为双馈风机控制参与的

5、感应发电机现象。这是大量安装双馈型感应电机风电场容易产生SSR的根本原因。2.2影响因素的风险评估风速和风机并网台数对沽源谐振的影响如图2所示。图2并网发电机台数和风速对SSR特性的影响图3 SSR稳定性量化的边界条件SSR稳定性量化的边界条件如图3所示，图中红色网格平面为阻尼为零的平面，当某种工况下SSR阻尼高于此红色网格平面时，SSR不稳定；反之，当某种工况下SSR阻尼低于此红色网格平面时，SSR稳定。双馈风机的控制参数对次同步谐振也有显著的影响，其中RSC电流跟踪控制环增益直接参与负阻尼的产生，对集群风电-串补输电系统中的SSR特性影响最大。三、风电-串补系统次同步谐振对策研究3.1串补

6、电容的投退运行方式沽源500kV串补装置与沽源500kV母线以下风电系统构成次同步谐振回路是引发SSR的必要条件。基于上述分析，通过旁路一套500kV串补装置，破坏发生谐振的必要条件，使系统在原谐振频率处呈感性，可从根本上避免谐振的产生。2011年，华北调控分中心制定了在沽源风电出力低于100MW的情况下退出一套串补装置的临时运行措施，在一段时间内，起到了避免谐振发生的作用，抑制谐振的效果非常明显。而在进入2012年12月以后，随着沽源地区大量新建风电场的接入，沽源地区发生谐振的条件随之发生变化，低频谐振的发生概率呈现增大趋势。根据统计和分析的结果，谐振发生在风电出力小于250MW的次数约占总

7、次数的85%。2014年4月，对串补投退原则重新进行了调整，在功率低于250MW情况下，临时退出一套串补装置。该措施的应用使谐振发生概率降低为原来的5%以下。该方法原理简答，操作容易，而且不会增加额外的投资。但是，切除串补装置后系统稳定极限下降，给沽源系统的安全稳定运行带来不良影响。同时，频繁的投退串补装置引起线路输送功率及稳定极限的频繁变化，对串补装置本身和其他电网设备造成冲击，不利于设备的安全运行。3.2系统侧抑制方法-主动能量吸收型SSR抑制器主动能量吸收型SSR抑制器的基本工作原理是，通过合理设计次同步阻尼控制器，使其产生与系统电压次同步分量成正比的参考电流信号，该参考电流信号输入到并

8、联在风电场出口母线处的大功率电力电子变换器中产生真实的次同步电流，将该次同步电流注入到风电场串补系统中，对风电场SSR起到阻尼作用。若利用合理设计的SSR抑制器，消耗掉负电阻所产生的谐振能量，系统就能够保持稳定。在谐振发生的次同步频率处，SSD等效为纯电阻；而在工频处，并联型SSD等效为开路。这样不仅可以防止SSR的发生，减小SSD的容量，还可以保持系统的工频工作状态不变。3.3风机侧抑制方法-嵌入式SSR抑制滤波器风机侧抑制方法-嵌入式SSR抑制滤波器通过在双馈风机转子侧变换器控制的反馈通道中嵌入SSR抑制滤波器，将电流反馈信号中的SSR模式信号滤除掉，从而降低乃至消除双馈风机控制与串补电网之间的相互作用，有利于避免SSR风险。通过仿真分析发现，该方法对风电场SSR问题具有非常强的抑制需要，SSR抑制滤波器能显著增强双馈风机对SSR的自免疫能力，提高系统阻尼。SSR抑制滤波器方法原理简单，仅需在双馈风机的控制系统中加入SSR抑制滤波器即可获得非常强的SSR抑制能力，不需要其他的设备安装和投资。但是，已建成的风电场中包含成百上千台风机，它们由不同的生产厂家制造，升级每台双馈风机的控制系统将带来的十分巨大的工程量。此外，当双馈风机用于不同的串补输电系统时，各系统的串补度也会有较大差异，造成SSR频率