團(tuán)隊(duì)介紹

華北電力大學(xué)“多能源系統(tǒng)優(yōu)化與穩(wěn)定技術(shù)研究”研究團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)人為趙書強(qiáng)教授，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有成員8人，其中教授2人（博導(dǎo)1人）、副教授2人、講師4人，6人具有博士學(xué)位。團(tuán)隊(duì)主要研究方向?yàn)椋弘娏ο到y(tǒng)分析與控制、電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性、新能源電力系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)近5年承擔(dān)國家級(jí)、省部級(jí)以及企事業(yè)單位委托科技項(xiàng)目30余項(xiàng)，其中國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題2項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，河北省自然科學(xué)基金3項(xiàng)；在國內(nèi)外重要期刊發(fā)表被SCI/EI檢索論文100余篇；出版學(xué)術(shù)專著2部，授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)成員曾獲省部級(jí)科技、教學(xué)成果獎(jiǎng)勵(lì)10人次。其中，項(xiàng)目“電力系統(tǒng)振蕩的在線辨識(shí)與廣域自適應(yīng)控制”獲2017年度河北省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)）一等獎(jiǎng)，研究成果已用于指導(dǎo)工程實(shí)際。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“電力系統(tǒng)諧波分析軟件包”、“輸配電系統(tǒng)可靠性分析評(píng)估系統(tǒng)”、“電網(wǎng)穩(wěn)定裕度分析軟件”、“負(fù)荷預(yù)測(cè)與分析系統(tǒng)”、“高壓直流輸電保護(hù)定值整定系統(tǒng)”等科研成果獲得了實(shí)際應(yīng)用。

趙書強(qiáng)，教授，博士生導(dǎo)師，河北省優(yōu)秀教師，現(xiàn)任華北電力大學(xué)電力工程系黨委書記。中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，河北省光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院專家技術(shù)委員會(huì)副主任委員，中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)、電工技術(shù)學(xué)報(bào)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電網(wǎng)技術(shù)等學(xué)術(shù)期刊審稿人。

高本鋒，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)椋褐绷鬏旊娕cFACTS技術(shù)、次同步振蕩分析與控制。主持國家自然基金項(xiàng)目1項(xiàng)，主持橫向課題10項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著1部，發(fā)表被SCI/EI收錄期刊論文20余篇。2017年，獲河北省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)）一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

導(dǎo)語

本文針對(duì)雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補(bǔ)送出系統(tǒng)存在的次同步控制相互作用（SSCI）問題，提出一種應(yīng)用靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）抑制SSCI的等效正電阻控制策略。該策略使接入線路中的SSSC輸出與線路次同步電流同相位的同頻次同步電壓，通過SSSC在系統(tǒng)振蕩頻率下等效為正電阻以增大系統(tǒng)總電阻，進(jìn)而保證系統(tǒng)總電阻處于正值區(qū)間，從而使系統(tǒng)免于誘發(fā)SSCI的風(fēng)險(xiǎn)。

研究背景

現(xiàn)有針對(duì)雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補(bǔ)送出系統(tǒng)的SSCI問題已提出諸多解決方案。

一方面，通過優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組控制器參數(shù)改善系統(tǒng)在振蕩頻率下的弱阻尼特性；其次，通過在風(fēng)電機(jī)組換流器控制中附加阻尼控制策略以抑制SSCI。針對(duì)風(fēng)電機(jī)組自身提出的解決方案具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但目前投產(chǎn)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組數(shù)目眾多，工程改造成本較大。

另一方面，現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道利用并聯(lián)型FACTS裝置抑制SSCI的附加控制策略。受系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，抑制裝置注入電流存在分流稀釋現(xiàn)象，因而抑制效果有限。

然而，目前鮮有文獻(xiàn)研究串聯(lián)型FACTS抑制裝置，SSSC具有良好的控制靈活性，其在抑制火電次同步振蕩問題方面研究成果較多，同時(shí)世界首套單獨(dú)SSSC裝置已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，因此研究利用SSSC抑制風(fēng)電SSCI問題具有實(shí)際工程意義。

主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

本文基于雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補(bǔ)送出系統(tǒng)的SSCI問題，首先分析了SSCI的發(fā)生機(jī)理，圖1為DFIG接入串補(bǔ)系統(tǒng)在次同步頻率下的等效電路，采用該等效電路求取了系統(tǒng)等值阻抗，并進(jìn)行了合理簡化分析，見式（1）；得出了系統(tǒng)等值電阻小于0是導(dǎo)致系統(tǒng)受到擾動(dòng)后引發(fā)SSCI的主要原因。其次，基于提升系統(tǒng)在振蕩頻率下電阻的思路，介紹了SSSC抑制SSCI的原理圖，如圖2所示。

然后，介紹了SSSC抑制SSCI的控制策略，提出了SSSC附加有源電阻控制（Supplementary Active Resistance Control, SARC）策略，并對(duì)SARC策略參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，基于河北沽源雙饋風(fēng)電經(jīng)串補(bǔ)并網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際工程時(shí)域仿真模型，采用頻域及時(shí)域分析方法，仿真結(jié)果相互驗(yàn)證了利用SSSC抑制SSCI的可行性及有效性。

圖1 DFIG接入串補(bǔ)系統(tǒng)在次同步頻率下的等效電路

公式1

圖2 SSSC抑制SSCI的原理

SSSC通過耦合變壓器串聯(lián)接入線路中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星形級(jí)聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，其整體控制策略包含基本控制策略和附加有源電阻控制（SARC）策略，如圖3所示。

圖3 SSSC抑制SSCI的整體控制策略

SARC基于線路電流反饋信號(hào)中的次同步電流分量生成同相位的次同步電壓參考信號(hào)，其工作原理及構(gòu)成如圖4所示，包括寬頻帶濾波器、相位校正環(huán)節(jié)及比例限幅3部分。

圖4 SARC的構(gòu)成及原理

為了避免抑制初始時(shí)刻直流電容電壓波動(dòng)較大并同時(shí)有效抑制SSCI，本文通過大量的數(shù)字仿真，選取系統(tǒng)在最惡劣的運(yùn)行工況下，能夠抑制SSCI的最小增益Ku作為設(shè)定值。

下面對(duì)不同風(fēng)速變化、串補(bǔ)度變化條件驗(yàn)證SSSC抑制SSCI的有效性。

圖5 不同風(fēng)速下頻域及時(shí)域仿真結(jié)果

上述仿真結(jié)果表明，在低風(fēng)速工況下發(fā)生SSCI時(shí)，SSSC等效為正電阻抬升Req至正值區(qū)域，使系統(tǒng)不具備失穩(wěn)的條件。

圖6 不同串補(bǔ)度下頻域及時(shí)域仿真結(jié)果

上述仿真結(jié)果表明，較高串補(bǔ)度運(yùn)行工況下，SSSC仍可有效抑制SSCI。SSSC的抑制效果受系統(tǒng)運(yùn)行工況的影響較小，顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

總結(jié)

基于雙饋風(fēng)電場與串補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)生SSCI的機(jī)理，提出利用SSSC產(chǎn)生正電阻的附加有源電阻控制（SARC）策略。通過在網(wǎng)側(cè)增加次同步振蕩頻率下的電阻，確保系統(tǒng)具有正電阻而不具備發(fā)生SSCI的條件。結(jié)合實(shí)際工程模型，頻域及時(shí)域仿真結(jié)果驗(yàn)證了該策略的可行性及有效性。

與現(xiàn)有的附加控制策略參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況適用性較差相比，SARC參數(shù)整定簡便，并且在多種運(yùn)行工況下均具有較好的適用性，因而工程應(yīng)用性較強(qiáng)。

引用本文

高本鋒, 王飛躍, 于弘洋, 趙國亮, 邵冰冰, 趙書強(qiáng). 應(yīng)用靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(6): 1346-1356. Gao Benfeng, Wang Feiyue, Yu Hongyang, Zhao Guoliang, Shao Bingbing, Zhao Shuqiang. The Suppression Method of Wind Power Sub-Synchronous Oscillation Using Static Synchronous Series Compensator. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(6): 1346-1356.