[發明專利]一種抑制低頻振蕩和次同步振蕩的阻尼控制方法及系統

在審

• 申請號: 201910768409.0
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110661273A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 趙大偉;錢敏慧;馬進;劉艷章;姜達軍;夏烈;包斯嘉;李官軍;韓華玲;張磊;陳梅;姚良忠;吳福保;丁杰;朱凌志;陳寧;趙亮;葛路明;彭佩佩;胡安平;陶瓊;江星星;居蓉蓉;秦昊;胡東平;叢從
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;華北電力大學;國家電網有限公司;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 11271 北京安博達知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐國文

一種抑制低頻振蕩和次同步振蕩的阻尼控制方法及系統。本發明提供的技術方案包括：根據機組運行參數計算得到高壓缸轉子速度偏差量的標幺值、功率偏差量的標幺值和發電機轉速偏差量的標幺值；將所述高壓缸轉子速度偏差量的標幺值和發電機轉速偏差量的標幺值進行次同步振蕩抑制處理得到次同步振蕩控制信號；將所述高壓缸轉子速度偏差量的標幺值和功率偏差量的標幺值進行低頻振蕩抑制處理，得到低頻振蕩控制信號；將所述次同步振蕩抑制信號和所述低頻振蕩抑制信號輸入勵磁控制系統，對低頻振蕩和次同步振蕩進行綜合抑制。有效解決了低頻振蕩和次同步振蕩的抑制或控制器往往獨立設計，并依托不同的控制裝置實施，不同控制之間缺乏協調的問題，且考慮了超低頻振蕩模式，作用范圍全面。

技術領域

本發明屬于電力系統運行控制技術領域，具體涉及一種抑制低頻振蕩和次同步振蕩的阻尼控制方法及系統。

背景技術

電力系統低頻振蕩一般指頻率在0.2～2.5Hz之間的有功功率波動現象。根據振蕩機理及振蕩頻率的不同，將低頻振蕩又分為區域間振蕩和區域內振蕩，其中0.2～0.7Hz之間的振蕩稱為區域間振蕩，它指的是不同區域機組群之間的搖擺；0.7～2.5Hz之間的振蕩稱為區域內振蕩，又稱為本地/本機振蕩，它指的是區域內不同機組之間的搖擺。隨著全國電網互聯規模的不斷擴大，也出現了0.1Hz左右的超低頻振蕩模式。文獻《異步聯網方式下云南電網超低頻振蕩的機理分析與仿真》(南方電網技術，2016，10(7)：29-34)指出，2016年云南電網和南方主網實施異步聯網系統試驗中進行預設的直流功率提升等試驗項目時發現云南電網出現了長時間的超低頻振蕩(0.05Hz左右)，通過大量現場試驗數據分析，鎖定了水電機組調速系統是造成本次振蕩的直接原因，并對水電機組調速系統在振蕩過程中提供負阻尼的機理進行了分析。

電力系統次同步振蕩一般指頻率在10～40Hz之間的有功功率波動現象。根據振蕩模式的主導來源，現有技術文獻，將次同步振蕩分為3大類形態。第1類形態源于旋轉電機的軸系扭振，其中旋轉電機包括大型汽輪機組、水輪機組、1-3型風電機組和大型電動機；系統中的串聯電容、高速控制裝備/器(包括SVC、LCC-HVDC、VSC-HVDC、PSS/電液調速)以及進行投切操作的開關等對機械扭振做出反應，可能導致機組在對應扭振模式上的阻尼轉矩減弱乃至變負，造成振蕩的持續乃至放大。第2類形態源于電網中電感(L)-電容(C)構成的電氣振蕩，交流串補電網、各種濾波電路以及并聯補償都存在構成L-C振蕩的電路元件，僅從電網來看，由于網絡元件具有正電阻特性，不會導致該L-C振蕩的持續或發散，但旋轉電機(包括同步/異步發電機/電動機)或者電力電子變流器在特定工況下可能對該振蕩模式呈現“感應發電機/負電阻”效應，當負電阻超過電網總正電阻時，就可能導致L-C振蕩發散；當然，電機或變流器也會改變等值電感/電容參數，從而在一定程度上改變振蕩頻率。第3類形態則源于電力電子變流器之間或其與交流電網相互作用產生的機網耦合振蕩，與第1、2類形態不同，這一形態往往難以從機組或電網側找到初始的固有振蕩模態，如果基于阻抗模型來解釋，它也可以看作是多變流器與電網構成的“虛擬阻抗”在特定頻率上出現串聯型(阻抗虛部不等于0，實部小于等于0)或并聯型(阻抗無窮大)諧振的現象。實際系統中，3種形態的振蕩是可以共存的。

針對上述多種振蕩模式，國內外提出了不同的抑制方法和措施。其中，針對低頻振蕩，普遍采用國外學者提出的電力系統穩定器(PSS)；針對超低頻振蕩，可以采取PSS或者比例微分(PD)控制器；針對次同步振蕩，同樣可以基于相位補償原理，采取帶通濾波器串聯超前-滯后環節進行抑制。針對低頻振蕩和次同步振蕩的抑制/控制器往往獨立設計，并依托不同的控制裝置實施，存在投資成本大、不同控制之間缺乏協調等問題。

有關同時抑制低頻振蕩和次同步振蕩的研究主要存在兩個問題：(1)未考慮超低頻振蕩模式(<0.2Hz)的綜合抑制；(2)低頻振蕩和次同步振蕩的綜合控制器依托高壓直流輸電系統和STATCOM(SVG)，高壓直流輸電系統的運行可靠性要求高，實際運行中一般較少考慮應用抑制振蕩的附加調制功能；STATCOM(SVG)的容量有限，且成本較高，限制了其抑制振蕩能力的發揮和推廣應用。

發明內容