高压直流输电系统次同步振荡阻尼特性研究

高压直流输电(High-Voltage-Direct-Current----HVDC)系统与临近同步发电机组之间存在着扭振相互作用，HVDC的电气负阻尼作用有可能引起机组在次同步频率范围的扭转振荡。目前，直流输电技术已经在我国得到了广泛的应用，并且在今后的几十年中，直流输电在我国还将有更为广阔的应用前景。本文从电气阻尼的角度出发，重点研究了几种包含HVDC的系统的次同步振荡问题。主要内容包括： (1)基于开关函数法和仿真分析，研究了机组转子上次同步频率的小扰动，在HVDC交直流两侧响应的频率特性----转子上的小扰动经直流换流器调制后，将会在系统直流侧感应出与扰动同频率的电压分量；直流侧电流扰动反映到交流定子侧，也将发生频率偏移。基于此，指出了采用准稳态模型进行HVDC系统次同步振荡分析的局限性，并引入了分析HVDC或含有FACTS装置的系统次同步振荡问题的方法：复转矩系数----测试信号法。 (2)介绍了多机电力系统机组间电气耦合对轴系扭振特性的影响，以及机组自然频率与机组扭振相互作用的关系，并对复杂系统中并列运行的相同发电机和不同发电机间的扭振相互作用进行了分析，归纳了不同运行条件下机组等值简化的基本原则。该准则是进行以下分析的理论基础。 (3)对一个仅含有直流输电线路的系统，采用复转矩系数----测试信号法，对其次同步振荡特性进行了分析。在整个次同步频率范围内，计算得到了系统电气阻尼，并详尽地分析了同步发电机与HVDC的耦合程度、直流输送功率水平，换流阀触发角大小以及控制器参数等因素对系统电气阻尼的影响。研究表明，系统整流站附近的同步发电机组要承受电气负阻尼作用，因此有可能引起机组低频扭转振荡模式失稳；而HVDC的逆变站向其临近同步发电机组提供正阻尼，因而机组不存在次同步振荡危险。 (4)对交直流并列运行系统，采用复转矩系数----测试信号法，对其次同步振荡电气阻尼特性进行了仿真和计算。研究表明，交流输电线路的不同性质，将导致系统整体电气阻尼出现差异。其中，并列运行的无串补交流输电线路可以缓解HVDC与其临近机组之间的机电耦合程度，改善HVDC的电气负阻尼特性，从 浙江大学博士学位论文 摘要 而减轻机组发生次同步振荡的危险性，此时系统的整体电气阻尼特性由HVDC 的性质决定;但若交流线路中存在串联补偿电容，则系统幅值较大的电气负阻尼 不仅可能使整流站机组发生次同步振荡，逆变站附近机组同样存在发生次同步振 荡的可能性，此时系统的整体阻尼特性由串联补偿电容的性质决定。 (5)提出了一种衡量多换流站系统机组扭振作用的新指标一综合机组作用系 数。并通过对含有多个直流换流站系统的电气阻尼特性分析，验证了该指标的有 效性。该指标可以用来简单量化系统中所有直流换流站(整流站)与临近机组之 间的相互扭振作用，可以作为一种研究多换流器系统次同步振荡问题的筛选工 具。 (6)对直流输电系统的故障恢复特性进行了分析。在时域仿真的基础上，分别 研究了交流系统强度以及不同无功补偿方式对直流系统恢复速度的影响。