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高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器的设计与实现

更新时间：2019-12-30 08:58:02 大小：427K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：高压直流输电次同步振荡阻尼控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对抑制由HVDC引起的次同步振荡问题,阐述了附加次同步振荡阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)的原理.对SSDC设计中的控制器结构、输入信号的选取、相位补偿和增益调整等方面进行了重点论述,分析了不同方案的优缺点.从工程应用的角度,提出了一种便于工程实现的SSDC设计方案.在此基础上,针对东北-华北联网的高岭背靠背换流站附近绥中发电机组的次同步振荡问题,设计了相应的SSDC.实时数字仿真(RTDS)和实际控制器的闭环试验验证了所设计的SSDC能有效地抑制SSO,并对HVDC的动态特性影响较小.

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高电压技术第36卷第2期2010年2月28日

Engineering，V01．36· No．2．Feb．28．2010

High Voltage

501

高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼

控制器的设计与实现

高本锋1，赵成勇1，肖湘宁1，-殷威扬2，郭春林1，· 李亚男j· j

(1．华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室，北京102206；

2．北京网联直流系统工程有限责任公司，北京100005)

摘要：针对抑制由HVDC引起的次同步振荡同题。阐述了附加次同步振荡阻尼控制器(sSDc)抑制次同步振荡

(SSO)的原理。对SSDC设计中的控制器结构、输入信号的选取、相位补偿和增益调整等方面进行了重点论述，分

析了不同方案的优缺点。从工程应用的角度，提出了一种便于工程实现的SSDC设计方案。在此基础上，针对东

北一华北联网的高岭背靠背换流站附近绥中发电机组的次同步振荡问题。设计了相应的SSDC。实时数字仿真

(RTDS)和实际控制器的闭环试验验证了所设计的SSDC能有效地抑制SSO，并对HVDC的动态特性影响较小。

关键词：高压直流输电，次同步振荡i相位补偿}附加次同步振荡阻尼控制器；实时数字仿真器；高岭背靠背换

流站

中圈分类号：TM761：TM712

文献标志码：A

文章编号：1003—6520(2010)02-0501—06

for HVDC

SSDC

and

Design

Implementation

GAO

Chun-linl，LI Ya-nan2

and Control of

Ben-fen91，ZHAO

Xiang-nin91，YIN Wei—yan92，GUO

Cheng—yon91，XIAO

Protection and

System Dynamic Security Monitoring

China Electric Power

of Power

(1．Key Laboratory

Education，North

University，Beijing 102206，China；

100005，China)

Engineering Technology Co．，Ltd．，Beijing

Ministry

HVDC

2．Beijing Wanglian

at the SSR

caused

the mechanism of

gain adjustment

SSO with

mitigating

Abstract：Aiming

such as controller

problem

by HVDC-we analyzed

and

SSDC-

SSDC

process

compensation

etc．-in the

structure。signal selection。phase

discussed the

and

of each

disadvantages

realized．Based on the

the viewof

also

engineering-we pro—

design-and

advantages

option．From

SSDC

scheme of SSDC whichwas

for

mitigating Suizhong

posed

easily

proposed scheme．the

Converter

SSO．whichwas close tO

Back-to-Back

Station．was designed．The tests-

closed—loop

generation

Gaoling

controller。indicate

physical

RTDS

that SSDC can

SSOandhas little on the

impact

formed

and

effectively mitigate

dynamicperformance

Keywords：HVDC；SSO；phaseoffset；SSDC；RTDS；Gaoling

of HVDC_system．

back-to-back converter station

可控性，通过适当的附加控制策略，又可以抑制机组

的SSO现象[6-9]。美国电力研究院(EPRI)提出了

用来抑制直流系统的附加次同步振荡阻尼控制器

0引言

oscil—

电力系统次同步振荡(sub-synchronous

oscillation

(supplementary sub--synchronous

damp’-

lation，SS0)作为一种严重的稳定性问题，最初出现

在带串联电容补偿的远距离输电系统中，随后在高

压直流输电系统中发现由于不恰当的控制策略引起

的汽轮发电机轴系扭振口{]。随着高压直流输电在

我国快速发展，由高压直流输电引起的次同步振荡

问题越来越突出，因此有必要研究抑制高压直流输

电引起的次同步振荡问题的措施。

controller，SSDC)，其基本原理就是在次同步频

ing

率范围内为汽轮发电机提供合适的正阻尼。目前国

内外对SSDC的结构、输入信号的选择、相位校正的

方法、参数整定方法还没有一个统一的标准。国内

外大部分文献主要是集中在理论层面采用新方法设

计SSDC，对工程实际考虑较少[1¨ 引。

HVDC引起SSO的根本原因是HVDC的定电

流控制器快速控制特性，导致系统在次同步频率范

围内产生负阻尼。而另一方面利用HVDC的快速

本文从工程应用的角度，分析了SSDC设计过

程中的几个关键问题，提出了可用于实际工程的

SSDC设计方案。基于所设计的方案，设计了高岭

背靠背直流工程的SSDC。基于实时数字仿真(re—

基金资助项目：。电力系统及发电设备安全控翻和仿真国家重

点实验室”开放课题重点资助项目(SKLD09KZ09)．

al time

simulation，RTDS)和实际HVDC控

digital

制器的闭环仿真，对ssDC的有效性和其对HVDC

动态性能的影响进行了验证。

Supportedby State Key_Laboratoryof Control and S／mula-

project

tion of power _Systeltnand Generation

Eq,,ipments(Sl(U)09KZ09)．

万方数据

502

高电压技术

细

SSDC抑制SSO的原理

△《

7。÷ '’～、．．、．。，

根据复转矩系数法，系统的电气阻尼系数D。

可以用式(1)表示

／

’一、、譬：

(1)

D。=Re(尝)。

么彳

．

，7。

硝

＼

其中，△L和△∞分别为发电机电磁转矩变化量和

转速偏移量。△L与ACO的相位差决定了系统电气

阻尼的性质，如其绝对值小于90。，D。为正即系统的

电气阻尼为正，则不存在SSO的可能；超过90。时，

电气阻尼为负，则有可能发生SSO现象。△疋与

△∞的相位关系如图1所示，当△L滞后于△∞的相

位在90。～270。之间即△L位于第3(或第4)象限

时，电气阻尼转矩△疋为负，系统存在发生SSO的

可能。此时若能提供一个位于第1象限的附加电磁

转矩△互使得△瓦与△《的相量和△Z’在第1象限

内，电气阻尼系数D。为正，从而能够抑制

SSOf：14-1s3。

＼j，，?j

Phase

difference diagram

at．

田l 电磁转矩变化■与转速偏差相位田

ATo。蛔

Fig．1

璺§ 舱一

．

实际

基于上述思路，美国电力研究院提出利用SS-

DC提供附加电磁转矩，来解决交直流系统的SSO

sta-

system

～_一～～

一

问题。SSDC与电力系统稳定器(power

bilizer，PSS)抑制低频振荡相似的原理，以发电机转

速偏移△∞或系统频率偏差△．厂作为输入信号，经

过适当的比例及移相，其输出信号通过定电流控制

回路提供一个附加的电磁转矩，使得△r与△∞的

相角差在90。范围内，系统最终就会有一个正的电

气阻尼转矩。

L_电一流一值一

定一

獗实际值

W拶k

圈2 SSDC结构示意圈

Structure schematic of SSDC

Fig．2

由图1可看出，SSDC提供的附加电磁转矩△Z

作用大小，取决于△《，和Am相角差与△《的幅值。

△Z，和△∞相角差越小，或△《的幅值越大，则对叠

加后出现正的电气阻尼作用越大。

2．2 SSDC的结构

SSDC的设计包括单通道阻尼和多通道阻尼两

种方案。多通道阻尼的方案，基于模态分离的思想，

对每个振荡模态采用不同的移相、增益处理，具体设

计时可以逐一对各个模态设计相应的滤波器、增益

和相位校正环节，然后进行叠加即可，可以实现对每

个模态的最佳阻尼补偿，但是结构较为复杂，并且对

振荡频率偏移较为敏感。考虑到引起直流系统的次

同步振荡频率，一般集中在10--一30 Hz之间，不同振

荡模式所需的移相角度差别不大，可以使用同样的

移相参数和放大系数，因此采用单通道的结构即能

实现对所有次同步频段的振荡频率的阻尼。这种方

案的特点是，结构简单，在工程上易于实现。因此本

文采用单通道的设计方法。

因此，为保证SSDC具有较好的阻尼效果，必须

合理选择SSDC的参数，在不影响HVDC动态特性

的情况下，尽可能使△《和△∞相位相同并且AT．’具

有较大的幅值。

SSDC的设计

2．1

SSDC的设计原则

附加次同步振荡阻尼控制器必须按照以下原则

进行设计：

1)在系统各种运行方式下，SSDC均能在次同

步频段提供足够的正阻尼；

图2中虚线框中部分为单通道的SSDC的结构

2)SSDC输入信号应为直流站就地方便获取的

信号；

示意图，由测量环节日M。。棚(s)，锁相环PLL环节

日PLL(s)，带通滤波HBIlId一(s)，相位校正环节日№

(s)，及增益调节环节日‰ (s)组成。SSDC的阻尼

3)SSDC投入后，不会影响直流系统的动态响

应特性。

调制功能可以通过调制电流参考值实现，也可以通

万方数据

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