用柔性交流输电技术抑制次同步谐振的控制策略研究

作     者：蔡伟程 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牟道槐

授予年度：2006年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：次同步谐振 柔性交流输电系统 可控串联补偿器 静止同步补偿器 

摘      要：串联补偿作为提STATCOM高线路输电能力的手段在我国的电网规划中越来越受到关注，但是在超高压远距离输电系统中采用串联电容补偿技术后，在某种运行方式或补偿度的情况下，会发生次同步谐振(SSR)。SSR是电力系统运行中可能出现的一种相当危险的状态。当线路电气谐振频率与同步电机的轴系某一固有振荡频率近似互补于电网工频时，将导致机电系统的耦合振荡，严重时会造成同步发电机大轴的扭断，使电力系统造成重大的经济损失。因此，研究串联电容补偿产生的SSR及其防止机电谐振的对策，是电力系统安全稳定运行的重要课题之一。 柔性交流输电系统(FACTS)技术在电力系统中有着广阔的应用前景，是近年来电力系统研究的前沿课题之一。FACTS元件由于其快速灵活的调节能力，在电力系统的许多应用领域都受到了重视，为抑制SSR提供了有力的工具。可控串联补偿器(TCSC)和静止同步补偿器(STATCOM)是FACTS家族的重要成员，分别是串联型补偿装置和并联型补偿装置的典型代表。因此，对TCSC和STATCOM的研究有比较大的理论意义和实用价值。 本文即以TCSC和STATCOM为研究对象，首先分析了同步发电机SSR的基本原理，然后根据TCSC和STATCOM的工作原理及数学模型，提出TCSC抑制SSR的机理和STATCOM阻尼SSR控制策略，并作了数值仿真分析。 在假设TCSC两端电压中工频分量和次频分量能够解耦的条件下，推导出了当在TCSC的基波电压上叠加一个微小的次同步频率分量电压的情况下TCSC次频等效阻抗表达式。在此基础上，分析了TCSC抑制SSR的机理。分析表明，TCSC对次同步频率分量呈现正电阻特性，其抑制SSR的机理在于电阻效应和电感效应等的综合作用。仿真计算结果证实了次频模型分析结果的正确性。 提出了一种新的应用STATCOM装置阻尼电力系统SSR的方法。与以往的类似研究相比，本方法基于复转矩系数法，根据复转矩系数法的基本原理，得出了发电机机械复转矩系数和考虑STATCOM装置时的电气复转矩系数的表达式，给出了二者之间的定量关系式，以此为基础研究了应用STATCOM阻尼SSR的控制策略，设计了相应的比例积分(PI)控制器，仿真结果验证了该控制方案的有效性和正确性。最后对TCSC和STATCOM阻尼SSR的效果进行了比较分析。