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实际系统中汽轮机组、各类风机、串补、柔性交直流控制器是并存的,因此各种形态的SSR/SSO模式也是共存的;实践中,有时一者为主,另一者为辅;有时相互作用,导致更复杂的情形。典型的多形态SSR/SSO共存的场景包括:
1)电网L-C振荡与汽轮机组扭振(TI)的共存与相互作用。汽轮机组通过串补输电时产生的传统SSR即为这种情形,当L-C的电气谐振频率与汽轮机组轴系扭振频率接近互补时,会产生严重的共振现象,亦即次同步“谐振”的要意所在。
2)机组应用阻塞滤波器时的IGE与TI共存。在汽轮机组和串补构成的机网系统中,当串补度较低(如50%以下)时,SSR通常以TI为主,IGE为辅;但阻塞滤波器的非线性阻抗特性导致电网在扭振互补模式附近产生明显的电容效应,从而导致严重的IGE或电气自励磁现象;从而导致IGE和TI风险共存的情形,典型的如托电托电厂的情况[44]。
3)风火打捆-直流外送系统的多形态SSR/SSO共存与交互。前述哈密地区即为此类情形,直驱风机与弱电网的机网耦合振荡,可在特定条件下激发汽轮机组轴系扭振,而同时HVDC控制作用也可能导致汽轮机组低阶扭振模态的放大;它们交织在一起,相互影响,构成非常复杂的场景。
5 结论与展望
本文在回顾SSR/SSO发展历程和IEEE对其形态分类的基础上,以振荡模式主导来源和机网相互作用方式为划分依据,提出一种新的SSR/SSO形态分类方法,包括机组轴系扭振、电网L-C谐振和机网耦合(虚拟阻抗)振荡3大类别,从而涵盖了近年来出现的以3-4型风电机组参与的新型SSR/SSO现象,克服了IEEE原分类方法的不足。通过实例验证了风电机组参与的新型SSR/SSO形态的机理特征,并讨论了多形态SSR/SSO的共存与相互作用关系,为进一步理论研究与工程实践提供了参考。
目前,传统SSR/SSO的研究已比较成熟,但变流器式机组与电网相互作用引发的机网耦合型SSR/SSO还没有得到足够深入的研究,而实践中它可能导致风机脱网,影响新能源的并网消纳,并在特定条件下会激发汽轮机组扭振,危及机网的安全稳定运行。因此,对其的分析与抑制,应该引起新能源设备提供商、发电公司和电网公司的充分重视。
作者简介
谢小荣:副教授,博导,IEEESeniorMember,主要从事电力系统振荡分析与控制、柔性输配电系统等领域的教学与研究工作。
团队介绍
清华大学谢小荣老师课题组长期从事电力系统稳定性分析与控制、柔性交直流输电系统等领域的研究工作,先后承担国家自然科学基金4项、863子课题1项以及多项横向课题,曾获国家科技进步二等奖1项和省部级一等奖4项。近十年来,课题组专注于电力系统次同步谐振/振荡分析与控制的研究,在该方向发表学术论文50余篇,出版专著1本。
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