高压直流输电系统中次同步振荡研究综述
Studies of Sub-Synchronous Oscillation in HVDC System
DOI: 10.12677/TDET.2016.52002, PDF,   
作者: 韩 松*, 高 山, 赵 欣：东南大学电气工程学院，江苏 南京；祁万春, 蔡 晖, 孙文涛, 窦 飞*：国网江苏省电力公司经济技术研究院，江苏 南京
关键词: HVDC；SSO；抑制；阻尼；VSC-HVDC；风电；HVDC； SSO； Suppression； Damping； VSC-HVDC； Wind Power
摘要: 由于高压直流输电(HVDC)技术有着损耗小、线路造价低等优点，在我国电力系统中被广泛采用。但HVDC与汽轮发电机组轴系相互作用可能产生次同步振荡(SSO)，影响系统的安全稳定运行。本文以直流输电系统对次同步振荡的影响和抑制方法为立足点，对高压直流输电系统中次同步振荡研究进行综述。首先，比较了几种常用的HVDC数学建模方法。然后，总结了换流器触发方式、控制模式及控制参数等对次同步振荡的影响，并介绍了多直流运行、串补或其他电气设备与HVDC联合运行时的系统的次同步振荡特性。接着指出在HVDC整流侧的定电流控制器里附加次同步阻尼控制是一种最常用的抑制SSO的策略，并比较了常见SSDC的设计方法。本文还介绍了新型直流输电VSC-HVDC以及风电加入系统后对次同步振荡的影响。最后，结合电力系统的发展要求对高压直流输电系统的次同步振荡研究方向做出展望。
Abstract: HVDC has been applied widely in power systems because it has some merits such as low loss, low line cost and so on. However, interaction between HVDC converters and turbine generator shaft system may cause subsynchronous oscillation (SSO) which threats the safety and stability of power systems. This paper is intended to make a survey on SSO in HVDC by proceeding from the influence of HVDC on SSO and corresponding suppression strategy. The common methods of HVDC mathematical modeling are compared first. Secondly, the paper summarizes the effect of HVDC converter trigger modes, control modes and control parameters on SSO. The SSO characteristics of multiple HVDC and HVDC combined operation with series compensation or other electrical equipment is also introduced. Then the most common suppressing strategy that is installing a supplementary subsynchronous damping control (SSDC) in the constant current controller of rectifier is pointed out. And the design approaches of SSDC are compared. Besides, the influences of VSC-HVDC and HVDC system including wind power on SSO are presented. Finally, vistas of research are projected into the future.
文章引用：韩松, 祁万春, 蔡晖, 高山, 孙文涛, 窦飞, 赵欣. 高压直流输电系统中次同步振荡研究综述[J]. 输配电工程与技术, 2016, 5(2): 7-16. http://dx.doi.org/10.12677/TDET.2016.52002

参考文献

[1] IEEE Std 1204-1997 (1997) IEEE Guide for Planning DC Links Terminating at AC Locations Having Low Short- Circuit Capacities. IEEE Power & Energy Society, New York.
[2] 赵遵廉. 中国电网的发展与展望[J]. 供电企业管理, 2003, 37(1): 1-6.
[3] 苏靖棋. HVDC引起的次同步振荡分析及抑制措施研究[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2015.
[4] Bahrman, M., Larsen, E.V., Piwko, R.J. and Patel, H.S. (1980) Experience with HVDC-Turbine Generator Torsional Interaction at Square Butte. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 99, 966-975. http://dx.doi.org/10.1109/TPAS.1980.319726 [Google Scholar] [CrossRef] 
[5] 毛晓明, 张尧, 张艳. 高压直流建模研究的相关问题[J]. 电力自动化设备, 2007, 27(12): 14-17.
[6] 孙慧平, 王西田, 李秀君. 高压直流输电动态相量模型的改进[J]. 电力系统保护与控制, 2013, 41(4): 21-25.
[7] 田芳. 含晶闸管元件的电力系统小干扰稳定性分析[D]: [博士学位论文]. 北京: 中国电力科学研究院, 2001.
[8] 戚庆茹, 焦连伟, 严正, 等. 高压直流输电动态相量建模与仿真[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(12): 28-32.
[9] Zhu, H.J., Cai, Z.X., Liu, H.M., et al. (2006) Hybrid-Model Transient Stability Simulation Using Dynamic Phasors Based HVDC System Model. Electric Power System Research, 76, 582-591. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsr.2005.09.017 [Google Scholar] [CrossRef] 
[10] 黄胜利, 宋瑞华, 等. 应用动态相量模型分析高压直流输电引起的次同步振荡现象[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(7): 1-4.
[11] 杨秀, 陈陈. 高压直流输电的采样数据动态建模[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(7): 30-34.
[12] 杨秀, 陈陈. 基于采样数据模型的高压直流输电动态特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(10): 7-11, 136.
[13] Sun, H.P., Yang, X., et al. (2011) Improved Dynamic Phasor Model of HVDC System for Subsynchronous Oscillation Study. 4th International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies (DRPT), Weihai, 6-9 July 2011, 485-489.
[14] 徐英新. 电力系统次同步振荡阻尼与晶闸管控制装置的模型研究[D]: [博士学位论文]. 上海: 上海交通大学, 2009.
[15] 周长春, 徐政. 由直流输电引起的次同步振荡的阻尼特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(10): 6-10.
[16] 程江平. 高压直流输电次同步振荡分析[D]: [硕士学位论文]. 广州: 华南理工大学, 2009.
[17] 李周. 交直流混合输电网稳定运行的若干关键问题的研究[D]: [硕士学位论文]. 南京: 东南大学, 2013.
[18] 赵畹君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004.
[19] 程时杰, 曹一家, 江全元. 电力系统次同步振荡的理论与方法[M]. 北京: 科学出版社, 2009.
[20] 余涛, 童家鹏. HVDC整流站控制系统设计的频域理论分析方法[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30(4): 35-42.
[21] 杨秀, 陈陈, 等. HVDC控制系统对汽轮发电机组次同步振荡的影响[J]. 电网技术, 2004, 28(5): 5-8.
[22] 周长春, 徐政. 一种评价多个直流换流站系统次同步扭振相互作用的新指标[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(4): 6-11.
[23] 郑蕤. 带串联补偿的交直流并列系统次同步振荡特性研究[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2011.
[24] 肖湘宁. 电力系统次同步振荡及其抑制方法[M]. 北京: 机械工业出版社, 2014.
[25] 王敏华. 高压直流输电系统的次同步振荡分析与控制器设计[D]: [硕士学位论文]. 成都: 西南交通大学, 2014.
[26] 曹镇. 基于EMTDC&RTDS的高压直流输电系统次同步振荡分析[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2011.
[27] 曹镇, 石岩, 等. 呼辽±500 kV直流工程送端系统次同步振荡仿真分析[J]. 电网技术, 2011, 35(6): 107-112.
[28] 李伟, 肖湘宁, 等. 基于模态控制的附加阻尼控制器的设计[J]. 电网技术, 2010, 34(10): 76-81.
[29] 陈祥龙. 交直流混合电力系统次同步振荡抑制研究[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2012.
[30] 余耀, 麻亚东. 用于鄂温克电厂送出系统的SSDC设计与分析[J]. 电力科学与工程, 2015, 31(2): 72-78.
[31] 冯煜尧, 洪潮, 等. 高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计[J]. 华东电力, 2008, 36(5): 53-56.
[32] 伍凌云. 复杂交直流输电系统次同步振荡的分析与控制[D]: [博士学位论文]. 成都: 四川大学, 2007.
[33] 张帆, 徐政. 直流输电次同步阻尼控制器的设计[J]. 电网技术, 2008, 32(11): 13-17.
[34] Hsu, Y.Y. and Wang, L. (1989) Modal Control of an HV DC System for the Damping of Subsynchronous Oscillations. IEE Proceedings C—Generation, Transmission and Distribution, 136, 78-86. http://dx.doi.org/10.1049/ip-c.1989.0013 [Google Scholar] [CrossRef] 
[35] 付伟, 李兴源, 等. 基于PRONY辨识的附加最优次同步阻尼控制器设计[J]. 电力系统及其自动化学报, 2008, 20(5): 10-15.
[36] 江全元, 程时杰, 曹一家. 基于遗传算法的HVDC附加次同步阻尼控制器的设计[J]. 中国电机工程学报, 2002, 22(11): 87-91.
[37] 杨秀, 王西田, 陈陈. 基于H_∞鲁棒控制理论的高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制设计[J]. 电网技术, 2006, 30(9): 57-61.
[38] 黄北军. 高压直流输电系统的次同步振荡分析与控制[D]: [博士学位论文]. 成都: 西南交通大学, 2008.
[39] 李宽, 李兴源, 等. 基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计[J]. 电力自动化设备, 2015, 35(2): 80-84.
[40] 齐阳. 多HVDC输电系统SSO抑制措施的协调控制研究[J]. 中国电力, 2014, 47(4): 108-112.
[41] 顾强, 武云生. 交直流送出系统次同步振荡及抑制措施的研究[J]. 电源学报, 2015, 13(5): 83-92.
[42] 徐振宇, 李树鹏, 等. 基于遗传模拟退火算法的SEDC与SSDC控制参数的协调优化[J]. 电网技术, 2015, 39(7): 1983-1988.
[43] 高本锋, 徐坤, 等. VSC-HVDC抑制串补引发的次同步振荡研究[J]. 华东电力, 2011, 39(4): 556-560.
[44] 徐坤, 赵成勇, 高本锋. VSC-HVDC的次同步阻尼特性研究[J]. 电力系统保护与控制, 2012, 40(2): 1-5.
[45] 郑超, 汤勇, 等. 基于等效仿真模型的VSC-HVDC次同步振荡阻尼特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(31): 33-39.
[46] 蒋平, 等. VSC-HVDC多通道附加阻尼控制抑制次同步振荡[J]. 电力自动化设备, 2011, 31(9): 27-31.
[47] 高本锋, 张学伟, 等. 大规模风电送出系统的次同步振荡问题研究综述[J]. 电气工程学报, 2015, 10(7): 1-10.
[48] Choo, Y.C., Agalgaonkar, A.P., Muttaqi, K.M., Perera, S. and Negnevitsky, M. (2010) Subsynchronous Torsional Interaction Behavior of Wind Turbine-Generator Unit Connected to an HVDC System. IECON 2010—36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Glendale, 7-10 November 2010, 996-1002. http://dx.doi.org/10.1049/ip-c.1989.0013 [Google Scholar] [CrossRef] 
[49] 杨琳. 新能源电力系统的次同步振荡与阻尼控制特性研究[D]: [博士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2015.
[50] Amin, M., Molinas, M. and Lyu, J. (2015) Oscillatory Phenomena between Wind Farms and HVDC Systems: The Impact of Control. IEEE 16th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics, Vancouver, 12-15 July 2015, 1- 8. http://dx.doi.org/10.1109/COMPEL.2015.7236513 [Google Scholar] [CrossRef] 
[51] 吕敬, 董鹏, 等. 大型双馈风电场经MMC-HVDC并网的次同步振荡及其抑制[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(19): 4852-4860.

为你推荐