HVDC系统的次同步振荡阻尼控制及其分析软件开发

高压直流(High Voltage Direct Current,缩写为HVDC)输电已有四十多年的发展历史,它具有传输功率大、高度可控、调节迅速、运行灵活等特点,在远距离大容量输电、区域电力系统互联等方面有其优越性,因而得到了广泛应用。然而,HVDC输电系统存在着与汽轮发电机组轴系机械系统发生次同步扭振相互作用的可能性。目前对其已有比较清晰的认识,它与HVDC控制系统特性有内在联系,主要是因为系统在低阶扭振频段内具有较高的增益和较大的相位滞后,从而形成不利的扭振相互作用。本文将HVDC系统引发的次同步振荡问题作为研究重点,其主要内容包括以下几个方面: (1)提出了一种基于模态分离设计法和最佳相位补偿的HVDC系统附加次同步阻尼控制器(SSDC)设计方法。该设计方法是以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,并结合经典自动控制理论提出的。以南方电网兴安直流输电系统为例,设计了相应的SSDC,并从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC对次同步振荡的抑制效果,同时还分析了控制器参数变化对SSO抑制效果的影响。最后,在兴安直流系统孤岛运行方式的PSCAD/EMTDC模型上添加了相应的SSDC,进一步从时域仿真的角度验证了SSDC的作用。 (2)开发了一款电力系统SSO/SSR可视化小干扰分析软件。面向对象以及模块化思想是该软件小干扰建模部分的核心思想,模块化的建模思想不仅体现在发电机、HVDC系统这样的单个电力系统元件上,同时也体现在全网络的建模以及整个电力系统的建模上。为了使开发的程序适用于任意网络结构和运行状态的电力系统,还提出了一种基于电磁暂态模型的电力网络通用建模方法。最后介绍了利用上述技术开发的电力系统SSO/SSR小干扰分析软件MANSDAP编程实现的关键技术,MANSDAP的功能、结构以及特点。 (3)将MANSDAP应用于交直流电力系统SSO/SSR小干扰分析并进行验证。结合多个算例系统,首先以EPRI报告标准直流测试系统为例,验证了直流输送功率变化、整流器稳态触发角变化、换流器触发方式变化以及交直流系统联系强弱变化对整流侧发电机组电气阻尼的影响。其次,结合多种运行方式(孤岛运行、强联系运行、弱联系运行)下的南方电网兴安直流输电系统以及北方某串补送电系统,从特征值分析和复转矩系数分析两方面说明MANSDAP的计算规模和计算速度对于一般规模的交直流电力系统均能适用,计算结果准确可靠。