光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性研究

光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性研究1引言1.1背景介绍随着全球能源需求的持续增长，以及对环境保护的重视，可再生能源的开发和利用变得日益重要。光伏发电作为清洁能源的重要组成部分，其装机容量在近年来得到了迅猛增长。然而，光伏发电具有波动性强、不稳定等特点，大容量光伏发电系统的并网给传统电网带来了诸多挑战。其中，通过LCC-HVDC（电感电容滤波高压直流输电）方式送出的光伏电力，可能会引发次同步振荡问题，影响电网的稳定运行。1.2研究目的与意义本研究旨在深入探讨光伏经LCC-HVDC送出时的次同步振荡特性，分析其产生机理和影响因素，进而提出有效的抑制策略。研究的意义主要体现在以下几个方面：提高光伏发电系统的并网稳定性，保障电网的安全运行。为我国光伏发电的大规模开发和利用提供技术支持。丰富和完善次同步振荡领域的理论体系，为相关研究提供参考。1.3文献综述针对光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡问题，国内外学者已开展了一系列研究。文献[1]分析了光伏发电系统并网时的次同步振荡现象，提出了相应的抑制措施。文献[2]针对LCC-HVDC系统的次同步振荡问题，研究了控制器参数对系统稳定性的影响。然而，目前关于光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性研究尚不充分，尤其是针对振荡产生机理和抑制策略的研究尚需进一步深入。2.光伏发电系统与LCC-HVDC概述2.1光伏发电系统原理与结构光伏发电系统是利用光伏效应将太阳光能直接转换为电能的一种清洁、可再生的发电方式。它主要由光伏电池板、逆变器、电网接口等部分组成。光伏电池板由多个光伏电池单元串并联而成，能够将太阳光中的光子能量转换为电能。逆变器负责将光伏电池板输出的直流电转换为与电网频率和相位相匹配的交流电，以实现与电网的互联。光伏发电系统根据是否与电网连接，可以分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合光伏发电系统。并网光伏发电系统是目前应用最广泛的一种，它可以将多余的电能反馈给电网，提高能源利用率。2.2LCC-HVDC技术特点与运行原理LCC-HVDC（LineCommutatedConverter-HighVoltageDirectCurrent）是一种采用晶闸管作为换流器件的直流输电技术。其主要特点如下：采用电网换相的晶闸管换流技术，具有设备简单、可靠性高等优点。直流电压等级较高，输电距离远，适用于大容量、远距离的电力传输。控制灵活，可以实现有功功率和无功功率的独立控制。对交流系统的稳定性有一定的负面影响，如可能引发次同步振荡等问题。LCC-HVDC系统的运行原理主要包括：换流变压器、换流器、直流线路、逆变器以及相应的控制系统。换流变压器将交流电压升高或降低，以满足换流器的工作要求。换流器负责将交流电转换为直流电，并通过直流线路传输到对端。在接收端，逆变器将直流电转换为交流电，送入交流电网。2.3光伏经LCC-HVDC送出的技术挑战光伏发电系统通过LCC-HVDC技术送出时，面临以下技术挑战：光伏发电系统的输出波动性强，对LCC-HVDC系统的稳定性产生影响。LCC-HVDC系统在运行过程中可能产生次同步振荡，影响光伏发电系统的稳定运行。光伏发电系统与LCC-HVDC系统的控制策略需要相互协调，以提高整体性能。在大规模光伏发电并网时，LCC-HVDC系统的容量和设备选型需要优化，以满足经济性和可靠性要求。以上内容对光伏发电系统与LCC-HVDC技术进行了概述，为后续章节对次同步振荡特性研究奠定了基础。3.次同步振荡现象及其影响3.1次同步振荡的定义与分类次同步振荡（SubsynchronousOscillation）是指电力系统中出现的频率低于同步发电机自然振荡频率的电磁振荡现象。这种现象可以进一步分为以下几类：机械类次同步振荡：由于汽轮发电机组的轴系扭振模态与电网电气谐振相互作用引起。电气类次同步振荡：主要与电力系统中电容、电感等元件的电磁特性有关。控制类次同步振荡：由电力系统中的控制器参数设置不当或控制策略不匹配导致。3.2次同步振荡产生的原因次同步振荡的产生通常与以下因素有关：大型汽轮发电机组的接入：其轴系动态特性与电网电气系统的相互作用，可能导致次同步振荡。快速变化的负载：负载的快速变化可能导致系统机电参数发生变化，从而引发次同步振荡。HVDC输电系统：特别是LCC-HVDC，其换流器控制策略和系统动态响应特性可能诱发或加剧次同步振荡。系统控制参数设置不当：例如，PSS（PowerSystemStabilizer）或汽轮机调节系统的参数不匹配，可能导致系统在次同步频率范围内的不稳定。3.3次同步振荡对系统的影响次同步振荡对电力系统的影响是多方面的：稳定性影响：次同步振荡可能导致系统失去稳定性，甚至引发连锁反应，造成大面积的停电事故。设备损害：长时间的次同步振荡可能对发电机、变压器、线路等设备造成机械应力，导致设备过热甚至损坏。经济损失：次同步振荡可能导致企业生产中断，对国民经济产生负面影响。影响新能源并网：在光伏等新能源经LCC-HVDC送出的情况下，次同步振荡可能导致新能源发电系统的输出波动，降低并网的可靠性和效率。通过深入研究次同步振荡的特性及其影响，可以为后续的光伏经LCC-HVDC送出系统的稳定性分析和控制策略设计提供理论基础。4.光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性分析4.1系统建模与参数设置在本节中，我们将对光伏经LCC-HVDC送出的系统进行建模，并设置相应的参数。系统建模的准确性直接关系到后续仿真分析的可靠性。首先，光伏发电系统采用最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，以实现最大功率输出。LCC-HVDC系统采用双极性运行方式，主要包括换流变压器、换流器、滤波器、直流线路和接地装置等部分。根据实际工程数据，设置以下参数：光伏发电系统：100MW，采用单级式逆变器；LCC-HVDC系统：±500kV，传输距离1000km；换流变压器：额定容量1200MVA，变比±500/230kV；换流器：12脉动换流器；滤波器：采用无源滤波器，包括高通滤波器、低通滤波器和谐振滤波器；直流线路：电阻0.15Ω/km，电感0.8mH/km，电容10nF/km；接地装置：采用中性点直接接地方式。4.2次同步振荡特性仿真分析基于上述建模和参数设置，本节将对光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性进行仿真分析。首先，在正常运行工况下，对系统进行时域仿真，观察次同步振荡现象。通过仿真发现，系统在次同步频率范围内存在明显的振荡，振荡频率约为17Hz。接下来，分析不同工况下的次同步振荡特性。工况包括：光伏发电系统输出功率变化、LCC-HVDC系统运行方式变化、直流线路参数变化等。仿真结果表明：光伏发电系统输出功率变化对次同步振荡特性影响较小；LCC-HVDC系统运行方式变化对次同步振荡特性有显著影响，如单极运行、双极不平衡运行等工况下，次同步振荡频率和幅值均发生变化；直流线路参数变化对次同步振荡特性有一定影响，如线路长度、电阻、电感等参数的变化会导致振荡频率和幅值的变化。4.3次同步振荡影响因素分析本节将分析影响光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡的主要因素。控制策略：换流站控制策略对次同步振荡具有显著影响。通过调整换流站控制参数，可以改变次同步振荡特性；系统运行方式：LCC-HVDC系统的运行方式（如单极、双极不平衡等）对次同步振荡特性有较大影响；直流线路参数：直流线路的长度、电阻、电感等参数变化会影响次同步振荡特性；光伏发电系统参数：光伏发电系统的输出功率、逆变器参数等对次同步振荡特性有一定影响；外部电网条件：外部电网的强度、短路比等条件也会影响次同步振荡特性。通过对上述影响因素的分析，可以为后续次同步振荡抑制策略的研究提供理论依据。5次同步振荡抑制策略研究5.1抑制策略概述次同步振荡的抑制对于保障光伏经LCC-HVDC送出系统的稳定运行至关重要。目前，主要的抑制策略可以分为两大类：一类是基于控制策略的抑制方法，另一类是基于结构优化的抑制方法。基于控制策略的抑制方法主要通过对系统控制器进行参数优化或设计附加控制器来实现；而基于结构优化的抑制方法则是通过改变系统结构或配置来降低次同步振荡发生的风险。5.2基于控制策略的次同步振荡抑制基于控制策略的次同步振荡抑制方法主要包括以下几种：参数优化：通过调整LCC-HVDC控制器参数，如比例系数、积分系数等，来改善系统对次同步振荡的抑制能力。附加控制器设计：在原有控制系统的基础上，设计附加的控制器，如次同步振荡阻尼控制器、频率自适应控制器等，以增强系统对次同步振荡的抑制效果。智能控制策略：采用模糊控制、神经网络、自适应控制等智能控制策略，实现对次同步振荡的有效抑制。这些控制策略在实际应用中需考虑系统建模精度、控制参数的稳定性和鲁棒性等因素。5.3基于结构优化的次同步振荡抑制基于结构优化的次同步振荡抑制方法主要包括以下几种：系统阻抗匹配：通过合理配置系统阻抗，使得光伏发电系统和LCC-HVDC之间的阻抗匹配，减少次同步振荡的发生。串补电容配置：在适当的地点串联补偿电容，改变系统的电气谐振特性，从而降低次同步振荡的风险。系统结构改造：通过改造系统结构，如增加滤波器、采用多电平逆变器等，减少系统对次同步振荡的敏感性。结构优化方法通常涉及较大的工程改动和投资成本，因此在实际应用中需要综合考虑技术经济性。通过对上述两种抑制策略的研究和比较，可以得出适用于光伏经LCC-HVDC送出系统的最佳次同步振荡抑制方案，为系统的稳定运行提供保障。6结论与展望6.1研究结论通过对光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性研究，本文得出以下结论：光伏发电系统通过LCC-HVDC送出时，存在次同步振荡现象，对系统的稳定运行产生较大影响。次同步振荡的产生与系统参数、控制器设计等因素密切相关，通过合理设置系统参数和优化控制器设计，可以有效地抑制次同步振荡。本文提出的基于控制策略和结构优化的次同步振荡抑制方法，能够显著降低次同步振荡对系统的影响，提高光伏经LCC-HVDC送出系统的稳定性。6.2存在问题与展望尽管本文对光伏经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性进行了深入研究，但仍存在以下问题和展望：目前的研究主要针对单一振荡模式，实际系统中可能存在多种振荡模式，未来研究可以拓展到多模式次同步振荡的