次同步振荡机理分析

次同步振荡机理分析

1、次同步振荡原理

交流输电系统中采用串联电容补偿是提高线路输送能力、控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济的方法。但是，串联电容补偿可能会引起电力系统的次同步谐振（SSR，SubsynchronousResonance），进而造成汽轮发电机组的轴系损坏。次同步谐振产生的原因和造成的影响可以从三个不同的侧面来加以描述，即异步发电机效应（IGE，InductionGeneratorEffect）、机电扭振互作用（TI，TorsionalInteraction）和暂态力矩放大作用（TA，TorqueAmplification）。对次同步谐振问题，主要关心的是由扭转应力而造成的轴系损坏。轴系损坏可以由长时间的低幅值扭振积累所致，也可由短时间的高幅值扭振所致。

由直流输电引起的汽轮发电机组的轴系扭振与由串联电容补偿引起的汽轮发电机组的轴系扭振在机理上是不一样的，因为前者并不存在谐振回路，故不再称为次同步谐振（SSR），而称为次同步振荡（SSO，SubsynchronousOscillation），使含意更为广泛。

2、次同步振荡种类

由直流输电引起的次同步振荡具有定电流（定功率）控制的直流输电系统所输送的功率是与网络频率无关的，因此直流输电系统对汽轮发电机组的频率振荡不起阻尼作用，对汽轮发电机组的次同步振荡也不起阻尼作用。但这本身不足以构成次同步振荡不稳定。

产生不稳定的因素只有在一系列不利因素同时作用时，才可能产生次同步振荡不稳定。这些不利因素包括：

汽轮发电机组与直流输电整流站距离很近；

该汽轮发电机组与交流大电网联系薄弱；

该汽轮发电机组的额定功率与直流输电输送的额定功率在同一个数量级上。

汽轮发电机组与交流大电网之间联系的强弱（可以用联络线的阻抗来表达）起着非常重要的作用。常规的电力负荷具有随频率而变化的特性，它们对汽轮发电机组的次同步振荡起阻尼作用。但是，当汽轮发电机组与交流大电网弱联

系时，这个阻尼基本上就不起作用。此外，当直流输电系统的输送功率大部分由附近的汽轮发电机组供给时，功率振荡就基本上发生在直流输电整流站和附近的汽轮发电机组之间。如果直流输电系统与附近的汽轮发电机组具有相近的额定容量，情况就比较严重。由于定电流调节器的放大倍数随控制角α的增加而增加，因此发生次同步振荡的可能性也就相应增加，故对特殊的运行工况必须特别注意，例如当直流输电系统降压运行时应特别注意。

在逆变站附近的汽轮发电机组不会受到可能与直流输电系统相互作用而造成的危害。因为它们并不向直流输电系统提供任何功率，而只是与逆变站并列运行供电给常规的随频率而变化的负荷。此外，对于逆变站，至少当它以定直流电压控制方式运行时，每当交流电压有增加时就会引起无功功率消耗增加，或者刚好相反，其特性与常规负荷类似。

理论分析和实际经验表明，SSO基本上只涉及大容量汽轮发电机组，这是由大容量汽轮发电机组的轴系结构特点造成的。而对于水轮发电机组，通常不必考虑其轴系扭振问题。

3、影响因素

影响研究电力系统次同步振荡问题的数学模型和计算方法的因素至少有3个：

所能提供的原始数据的详细程度和正确性；

所要研究的次同步振荡的类型；

次同步振荡问题研究的目的。

以工程实用的观点，可以把目前使用的分析电力系统次同步振荡问题的方法分为两大类：

一类是用于分析电力系统是否会发生次同步振荡以及哪些机组会发生次同步振荡。这类方法可以从众多的发电机组中逐机筛选出确实需要进行次同步振荡研究的机组。因此称这类方法为研究电力系统次同步振荡问题的“筛选法”。

筛选法的特点

这类方法具有如下特点：

所需要的原始数据较少，例如不需要发电机组的轴系参数；

计算方法简单，物理概念明确；

所得结果是近似的，可以作为进一步精确分析次同步振荡问题的基础。这类方法的典型代表有用于分析串联电容补偿引起的次同步谐振问题的“频率扫描分析法”和用于研究由直流输电引起的次同步振荡问题的“机组作用系数法”。

复转矩系数法、特征值分析法和时域仿真法

另一类方法可以比较精确和定量地研究次同步振荡的详细特性。这类方法的典型代表是“复转矩系数法”、“特征值分析法”和“时域仿真法”。这类方法的共同特点是需要较详细和精确的原始数据，如发电机组的轴系参数，直流输电系统控制器的结构和参数等。采用“特征值分析法”和“时域仿真法”，所能研究的网络规模不能太大，通常需要对实际网络作一定的简化后才能进行分析。由于一座新电厂机组的轴系参数或一个新直流输电工程控制系统的结构和参数在规划阶段是很少能准确知道的。因此，在规划阶段，采用此类方法进行实际的计算和分析是比较困难的。

根据上述对次同步振荡问题分析方法的分类，对电力系统次同步振荡问题的研究一般也可分两步进行。第一步，用“筛选法”筛选出需要进行次同步振荡研究的机组，这一步通常在系统规划阶段进行；第二步，在取得详细和精确参数的前提下用“复转矩系数法”或“特征值分析法”或“时域仿真法”进一步研究该问题，并提出和校核可能的预防及控制措施。

频率扫描分析法

频率扫描分析法是一种近似的线性方法，利用该方法可以筛选出具有潜在SSR问题的系统条件，同时可以确认不对SSR问题起作用的系统部分。

频率扫描分析法的具体做法为：需要研究的相关系统用正序网来模拟；除待研究的发电机之外的网络中的其它发电机用次暂态电抗等值电路来模拟；待研究的发电机用图1中的虚线部分来模拟，其中的电阻和电感随频率而变化。频率扫描法针对某一特定的频率，计算从待研究的发电机转子后向系统侧看进去的等效阻抗，即从图1的端口N向系统侧看进去的等值阻抗，通常称该等值阻抗为SSR等值阻抗。频率扫描法计算的结果可以得到两条曲线，一条是SSR

等值阻抗的实部（SSR等值电阻）随频率而变化的曲线，另一条是SSR等值阻抗的虚部（SSR等值电抗）随频率而变化的曲线。根据这两条曲线，可对次同步谐

振的三个方面问题(即异步发电机效应、机电扭振互作用和暂态力矩放大)作出初步的估计。

频率扫描法也许是确定是否存在异步发电机效应的最好方法。如果SSR等值电抗等于零或接近于零所对应的频率点上的SSR等值电阻小于零，则可以确认存在异步发电机效应。而等值电阻负值的大小则决定着电气振荡发散的速度。该电气振荡并不意味着会引起轴系的负阻尼振荡，但对电气设备而言，可能是不能容忍的。如果已经知道机组机械系统的参数(如固有扭振频率及其固有机械阻尼)，则采用频率扫描法还能对机电扭振互作用及暂态力矩放大作用进行分析。

机电扭振互作用可以使轴系中的弱阻尼扭振模式不稳定，而对应频率下的SSR等值导纳的大小直接与该扭振模式的负阻尼相关，因此可以通过频率扫描法进行估计。

频率扫描法也可用来确定是否存在暂态力矩放大作用。如果SSR等值电抗达到极小值的频率点与机组的固有扭振频率接近互补，就有可能存在暂态力矩放大作用。在这种情况下，就应该用EMTP程序作进一步的研究。同样，如果等值电抗达到极小值的频率点与机组的固有扭振互补频率相差大于3Hz，则可以排除暂态力矩放大作用。

SSR的分析通常从频率扫描开始，因为它是一种最省力而有效的方法。利用频率扫描程序分析多种系统结构和多种串联补偿度的SSR问题所需要的成本比采用其它模型要低得多。对用频率扫描法已确认的SSR问题，其严重程度还需要通过其它模型来加以校核。

电力系统次同步振荡.

第8章HVDC引发SSO的机理及抑制 8.1 概述 由HVDC输电系统引起电力系统SSO的原因可以归纳为三种情况： （1）与HVDC的辅助控制器相关； （2）与HVDC系统的不正常运行方式相关； （3）与HVDC系统的电流控制器相关。 第一种情况可以通过改造辅助控制器来消除隐患，第二种情况尽管难以预测，但在实际工程中很少碰到，可以通过规范系统的运行来解决，第三种情况较为常见，可以通过在HVDC 控制器中做些改变加以解决，如加入SSDC。本文重点讨论由HVDC电流控制器引发的SSO 问题。 实际经验表明，次同步振荡基本上只涉及汽轮发电机组，尤其是30万千瓦以上的大容量机组。水轮发电机组转子的惯量比汽轮机要大得多，且水轮机的水轮上具有黏性阻尼，故其转子的固有阻尼很高，不易发生次同步振荡。对于汽轮发电机组，HVDC系统也只有在一系列不利因素同时作用时,才可能产生次同步振荡不稳定。这些不利因素主要包括：（1）汽轮发电机组与直流输电整流站之间的距离很近； （2）该汽轮发电机组与交流大电网的联系很薄弱； （3）该汽轮发电机组的额定功率与HVDC系统输送的额定功率在同一个数量级上。 其中，汽轮发电机组与交流系统大电网之间联系的强弱对其能否发生次同步振荡起着非常重要的作用。常规电力负荷的特性随频率而变化，它们对发电机组次同步振荡有一定的阻尼作用，但当发电机与大电网的联系较弱时，这个阻尼基本上不起作用。此外，若HVDC 系统所输送的功率大部分由附近的汽轮发电机组供应，则功率振荡通常发生在整流站和这些发电机组之间，当HVDC的额定功率与附近发电机组的额定容量相差不大时，振荡情况较严重。 在逆变站附近的汽轮发电机组一般不会发生次同步振荡，因为它们并不向直流输电系统提供有功功率,而只是与逆变站并列运行，向常规负荷供电。HVDC系统中的次同步振荡与HVDC运行工况、控制方式、控制参数、输送功率、直流线路参数，以及发电机同直流输电线的耦合程度等因素有关。 8.2 次同步电气量在交直流侧间的传递关系分析 HVDC换流器具有离散采样和调制的特性，可以用开关函数法对其进行分析。对换流器进行开关函数分析后，可以得到系统的次同步电气量在发电机组转子、交流网络、HVDC 直流侧系统之间的相互传递关系。 当交流侧电压中有频率为ωm的次同步分量时，经过换流器调制作用后在直流电压中将存在显著的频率为(ω0-ωm)的分量，其中ω0为系统的额定频率；反之，当直流电流中存在次同步频率为ωr的纹波分量时，经过换流器调制作用后在交流侧相电流中将存在显著的频率为(ω0±ωr)的分量。 发电机组转子与交流网络的次同步分量是通过定、转子磁场的相对运动产生的。转子上频率为ωs的扰动会在定子侧感应出与ωs互补的次同步(ω0-ωs)分量和超同步(ω0+ωs)分量。对

次同步振荡、同步振荡、异步振荡、低频振荡及其区别上课讲义

次同步振荡、同步振荡、异步振荡、低频振荡及其区别一、次同步振荡（SSR，SubsynchronousResonance）：发电机经补偿度较高的串补线路接入系统或者直流输电、静止无功补偿装置控制装置参数设置不当时，较易出现网络的电气谐振频率与大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率接近的情况，造成发电机大轴扭振、破坏大轴，由于振荡频率低于同步频率，该现象称为次同步振荡。 二、同步振荡：当发电机输入或输出功率变化时，功角δ将随之变化，但由于机组转动部分的惯性，δ不能立即达到新的稳态值，需要经过若干次在新的δ值附近振荡之后，才能稳定在新的δ下运行。 同步振荡主要现象： （1）机组和线路电流、功率指示周期性变化，但波动较小，发电机有功出力不过零； （2）发电机机端和500kV母线电压表指示波动较小； （3）系统及发电机频率变化不大，全系统频率未出现—局部升高、另一局部降低现象； （4）发电机轰鸣声较小，导叶开度无明显变化。 有关机械量、电气量出现摆动，以平均值为中心振荡，不过零；振荡周期稳定清晰接近不变，摆动频率低，一般在0.2-2.0Hz；指针式仪

表摆动平缓无抖动，机组振动较小；用视角可以估算振荡周期；中枢点电压保持较高水平，一般不低于80％；同步振荡出现时各机组仍保持同步运行，频率基本相同。 处理方法： （1）已经振荡的发电厂可不待调度指令立即增加发电机励磁提高电压，但不得危及设备安全,必要时可适当降低发电机有功。 （2）处于送端的机组适当降低有功出力，处于受端的机组增加有功出力。 （3）若正在进行线路或主变停运等操作时，应立即暂停操作。（4）尽快查找并去除振荡源。着重了解本厂是否存在强迫振荡源（如发电机组非同期并网、发电机组调速器、励磁调节器有异常等）。若有，应立即消除调速器或励磁调节器的故障（故障励磁调节器可暂时倒备励）。如一时无法消除，则解列发电机组。 （5）在采取以上措施后，应报告调度值班人员，听侯调度指令。 三、异步振荡：发电机因某种原因受到较大的扰动，其功角δ在0－360°之间周期性地变化，发电机与电网失去同步运行的状态。

电力系统次同步振荡产生原因分析及对策

电力系统次同步振荡产生原因分析及对策 作者姓名 (单位名称，省份城市邮政编码) 摘要：在电网中串联补偿电容可以提高输电能力和稳定性，但也可能发生次同步振荡（SSO，Subsynchronous Oscillation）运行状态。发电机组以低于同步频率的振荡频率运行，严重影响机组的安全运行，对于电力系统的稳定性及其不利。本文分析了电力系统次同步振荡产生的原因和影响，在此基础上，阐述了解决次同步振荡问题的具体步骤。并探讨了有效抑制次同步振荡的保护方法，对于降低次同步振荡现象对电网安全的影响，提高电力系统的安全性和稳定性具有积极的意义。 关键词：次同步；振荡；输电；抑制；可控串补 发生机电扰动时，汽轮机驱动转矩与发电机电磁制动转矩之间失去平衡，使轴系这个弹性质量系统产生扭转振动[1-2]。引起扭振的原因包括机械扰动与电气扰动。机械扰动指不适当的进汽方式、调速系统晃动、快控汽门等。电气扰动分为两类：一类是次同步谐振(SSR，Subsynchronous Resonance)及次同步振荡(SSO，Subsynchronous Oscillation) ；另一类指各种急剧扰动如短路、自动重合闸、误并列等。 一电力系统次同步振荡产生的原因及抑制步骤 （1）次同步振荡产生原因 通过串联电容的形式进行补偿可以提高输电线路的输送能力，优化输电线路间的功率分布，并可以增加电力系统的稳定性，是交流输电系统中广泛采用的方法[3-4]。但这种方法也可能引发电力系统中的电气系统或汽轮发电机组以小于同步频率的振动频率进行能量交换，称为次同步振荡（SSO）。诱发次同步振荡的原因包括串联电容、稳定器的加装、励磁系统、直流输电等。次同步谐振会造成汽轮机或发电机的轴系长时间呈现低振幅扭振的状态，又因为发电机或汽轮机的转子具有较大的惯性，轴系具有灵敏的低阶扭转模态特性，所以发电机或汽轮机会出现低周高应力的机电共振，对发电机组的安全运行造成严重的威胁。次同步振荡在交流输电系统和直流输电系统中的形成原理不同，在交流输电系统由于又谐振回路的存在所以称为次同步谐振（SSR），主要从异步发电效应、暂态力矩放大作用和机电扭振相互作用三个角度进行描述和分析。其中，发电机扭振时最重要的一种影响，长时间的机电扭振的存在会加剧发电机组的疲劳损耗。也会产生隐性故障，一旦发展成机电材料破损，将会造成恶性事故，对电力系统的安全稳定运行带来极大的威胁。 （2）抑制步骤 对于次同步振荡的问题可以通过三个步骤加以解决。第一步是通过对系统进行分析，选择合适的运行方式。由汽轮发电机轴系扭振监测系统对发电机组的各种电气扰动下的轴系扭振进行实时路波，分析机组轴系的模态、阻尼以及扭振对轴系造成的损失。从而由阻尼值是收敛还是发散决定不同的运行方式下是否存在次同步振荡或次同步谐振。第二步是对次同步振荡进行抑制或消除。具体的办法是提高发电机组的阻尼来抑制或消除次同步振荡。例如，可以通过发电机端阻尼控制系统（GTSDC）对发电机组定子电流进行控制达到提高阻尼的效果；还可以通过次同步阻尼控制系统，根据系统的具体控制要求，向电力系统或发电机组提高次同步电流，使发电机组增加与次同步扭振相适应的次同步阻尼扭矩，达到抑制次同步振荡的作用。第三步是建立发电机组扭振保护系统（TSR），实时连续地监视汽轮发电机轴系的转速情况，并及时进行分析。当轴系的疲劳值达到极限或者当轴系被激发特征频率的扭振、振幅逐步发散可能对机组安全构成威胁时，进行保护跳闸、告警及联动。

电网次同步振荡对保护装置的影响

电网次同步振荡对保护装置的影响 发表时间：2019-04-01T11:49:09.707Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：谐波[导读] 摘要：伴随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，人们对电力供应的依赖程度加深，对电力的需求越来越大。 （囯网新疆电力有限公司哈密供电公司新疆哈密 839000）摘要：伴随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，人们对电力供应的依赖程度加深，对电力的需求越来越大。且随着电力系统的不断改革，分布式电网的应用改变了传统配电网模式，推动了配电网的更新与发展，但在一定程度上增加了配电网运行难度。大量电力电子器件的应用会引起电力系统中次同步振荡现象，严重影响了电力系统的运行稳定性。本文简单分析了电力系统次同步振荡现象 及相关的抑制措施。 关键词：电力系统；同步振荡；抑制措施近年来，电网建设规模不断扩张，供电难度和设备负荷随之提高，越来越多的分布式新能源接入配电网。分布式新能源具有环保的优点，应用在电力系统中可以满足社会发展对于电力的需求，有效降低电力运输过程中的损耗，提高供电质量，对我国电力事业的发展有重要的意义。分布能源系统模型高维性、运行方式的不确定性、元件的强非线性、扰动的随机性，使得电力系统稳定现象多变，稳定机理十分复杂，电力系统动态机理与控制越来越困难。此外，由于电网的运行形式不断变化，规模越来越大，大量电力电子设备及系统的应用会使电网呈现不稳定的运行状态，产生低于基波的次同步振荡现象，其安全稳定运行面临严峻挑战。 一、概述电力系统次同步振荡 1基本概念 通过串联电容的形式进行无功补偿可以提高输电线路的输送能力，优化输电线路间的功率分布，并提高电力系统的稳定性，是交流输电系统中广泛采用的方法。但这种方法也可能引发电气系统或汽轮发电机组以小于同步频率的振动频率进行能量交换，称为次同步振荡。在电力系统运行中，针对电网的运行状态，在不同带宽频率下，控制的环节有所不同，如图1所示，在额定频率附近，属于电网同步和电流控制环节，当电力系统受到扰动后，系统平衡点偏移，在这种运行状态下，电网与发电机组之间存在一个或多个低于系统同步频率的频率，在该频率下进行显著能量交换，因而出现次同步谐振现象。 2产生机理 次同步振荡在交流输电系统和直流输电系统中的产生机理不同，在交流输电系统由于有谐振回路的存在所以称为次同步谐振，主要从发电机效应、暂态力矩放大作用和机电扭振相互作用三个角度进行描述和分析。第一，发电机效应，假设发电机转子以常速旋转，由于转子的转速高于由次同步电流分量引起的旋转磁场的转速，在次同步频率下从电枢终端分析，转子电阻呈负值，当这个视在负值电阻超过电枢和电网在次同步频率下的等效电阻的总和时，就会发生电气自振荡，这种自激振荡认为是由过电压和过电流引起的；第二，暂态力矩放大作用，当系统发生干扰时，电磁转矩就会施加于发电机转子上，使发电机轴段承受转矩压力，串联电容补偿输电系统中的干扰，会造成电磁转矩振荡，如果此频率接近于任何转子段的自然振荡频率，会导致转子转矩远远大于无串补系统的三相故障转矩；第三，扭转相互作用，设发电机转子在一个扭转频率fm下发生振荡，fm能导出电枢电压分量频率fem，其表达式为fem=fo+fm，当其中的次同步频率分量接近电气谐振频率fer时，电枢电流产生一个磁场，该磁场能产生使发电机转子振荡加强的转矩，这使次同步电压分量导致的次同步转矩得以维持。 二、分析次同步振荡对保护装置的影响 1电力系统振荡是由于系统和发电机并列运行时失去了同步，不能稳定运行，就形成了电力系统震荡，对保护装置造成影响。从而可能造成电网大面积停电，严重的使系统瓦解。根据发生振荡时电力系统是否稳定，可以分为同步振荡和非同步振荡，同步振荡指系统稳定在有限时间内衰减后达到新的平衡；非同步振荡指不稳定系统产生的振荡导致系统和发电机同步运行受到破坏。现在电网结构和发电机组越来越庞大，还出现了低频振荡和次周期振荡。 2同步振荡异常时，各级保护自动装置动作，会产生海量的报警信息，这些装置动作信息不加选择地涌入监控报警系统，如果同时出现了多种故障并伴随有保护和断路器的拒动、误动时，警报信息在传输中也可能会发生丢失，问题就会变得异常复杂， 三、加强电力系统次同步振荡抑制措施，减少对保护装置的影响 1应用滤波器 第一，应用无源滤波器，该滤波器主要由电感元件、电容元件以及电阻元件组成，这种滤波器一般装设在次同步振荡源的附近交流侧，由L、C元件构成谐振回路，当谐振频率与高次谐波电流频率相匹配时，可以阻止该高次谐波流入电网，其优点是投资较小、维护方便、结构简单等，是同步振荡抑制以及无功补偿的主要措施；第二，应用有源滤波器，有源滤波器产生与振荡波形一致、方向相反的电流，输入需要治理的网络，进而抵消非线性负荷产生的振荡电流，使得电网中仅含基波电流，随着PWM控制技术、全控型半导体器件的成熟和基于瞬时无功理论的检测理论的提出，有源电力滤波器得到了迅速发展。 2提高阻尼 电力系统次同步振荡是一种振荡失稳现象，增加振荡模态的阻尼是一种有效的抑制手段，如采用FACTS装置、SSDC和附加励磁阻尼控制器，均是在此基础上对次同步振荡进行控制和抑制。此外，励磁系统阻尼器针对汽轮发电机的扭转振荡来调制系统的输出。来自转子振荡的信号移相放大之后，通过励磁系统控制增加系统的有效阻尼来抑制次同步振荡。对于电网与发电机组转子之间相互作用产生的次同步振荡现象，除增加阻尼外，还可在电路中附加阻塞滤波器、旁路阻尼滤波器、线路滤波器和动态滤波器等，通过阻断相应的次同步电气量通道也能有效地抑制次同步振荡。 3应用轴系扭振保护装置当次同步振荡对发电机组的运行安全造成巨大影响时，可以应用轴系扭振保护装置，通过事故告警、保护跳闸及采取切除机组的形式抑制次同步振荡。轴系扭振保护装置监测的参数是发电机的轴系转速、轴系的寿命疲劳定值、次同步振荡的幅度。将相关事故机组切除后，电力系统中的负阻尼状况消失，再通过原动机的配合可以使转矩在短时间内减小，从而避免次同步振荡和轴系扭振影响扩大。对于剩余的在线机组，切除机组将改变系统结构和等效串补度，一定程度上能增强在线机组的模态阻尼，有利于抑制次同步振荡。 4应用可控串联补偿装置

次同步谐振方案

次同步谐振方案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

中电普安电厂2×660MW新建工程次同步谐振保护方案 编写：（编写人会签） 审核：（编写人会签） 审定： 批准： 日期：二〇一六年七月

一、概述 普安电厂两台机组双回线路33KM接入兴仁换流站，由于兴仁换流站为整流站，故电网中的包含很多谐波分量，有可能存在低于工频的谐波分量，这些谐波分量可能在某个频段与电网及普安电厂发电机变压器组产生电气谐振。当这些谐振的频率与发电机组轴系的固有扭振频率互补时（此时这两个频率之和等于系统的同步频率）或者说汽轮机发电机组轴系的自然扭振（普安自然扭振见表1）与折算到转子侧的电气谐振回路的自然振荡频率非常接近时，就会引起大轴的共振。电网和汽轮发电机组的耦合就会产生相互激励，当这种激励可以抵消和超过机械和电磁振荡中的所有阻尼和电阻消耗的能量时，就会在系统中产生次同步振荡，机组轴系将处于扭振状态，产生疲劳损耗，疲劳累计将严重影响转子的机械性能和寿命，严重时可导致大轴产生裂纹，损伤，甚至螺栓剪断、大轴断裂。 二、技术路线 1970年代美国Mohave电厂连续发生两次汽轮发电机组轴系出现严重损伤的事故，该事故由机网交互作用的次同步振荡引起汽轮发电机轴系出现次同步扭振，进而因大轴疲劳损伤。事故发生之后，引起业界的高度重视，经过大量研究，明确了在长距离输电系统中使用电容串补或者高压直流输电的情况下，电源端的汽轮发电机组有可能存在扭振的风险。 这些年，随着我国电力建设的快速发展，大批煤电能源基地电源点的重点项目已经完成或正在进行。其中不少工程都存在次同步振荡及扭振的问题，典型的有：盘南电厂、发耳电厂（贵广直流），绥中电厂（东北-华北联网高岭背靠背工程），呼伦贝尔电厂、伊敏电厂、鄂温克电厂（呼辽直流），云南威信电厂、镇雄电厂（溪洛渡直流），等等，都由于直流输电而存在不同程度的次步振荡及扭振问题。普安电厂与盘南、发耳同是接入兴仁换流站，面临情况基本类同。 普安电厂两台机组双回线路33km接入兴仁换流站，当直流输电控制方式及控制参数不当时，会造成机网系统在某些次同步频率段出现阻尼很低或者阻尼为负的恶劣情况。在这种情况下，如果出现扰动，则很有可能激发出次同步振荡。特别是电气谐振频率与轴系固有扭振频率互补时，扭振难以平息，危害很大。比如，假设电网系统的次同步振荡频率为30Hz，则30Hz的次同步电流（尽管这个量可能不大）会在发电机三相绕组中产生对应于30Hz的旋转磁场，它与发电机的转子形成20Hz的转差频率，在定子旋转磁场和转子旋转磁场的共同作用下，除了同步力矩之外，同时叠加了20Hz的次同步力矩。如果这个 20Hz的频率恰好十分接近汽轮发电机组轴系的某一阶固有扭振模态频率时，大

次同步谐振

次同步谐振 定义1：交流输电系统采用串联电容补偿后，其电气系统固有频率可能会与汽轮发电机轴系的自然扭振频率形成谐振关系，此时如系统受到扰动，电气系统与汽轮发电机轴系之间可能会产生的次同步频率功率交换。 定义2：当有串联电容补偿的电力系统受到扰动发生电感电容谐振时，其谐振频率与汽轮发电机组的轴系扭振某一振型的频率之和接近或等于系统的同步频率时发生的谐振。调整直流输电的功率，或有串联补偿装置的电力系统重合闸时也有可能引起次同步谐振（汽轮发电机轴系会与电力系统功率控制设备，如高压直流输电系统，静止无功补偿系统等，发生相互作用，产生的低于同步频率的振荡。）。 次同步谐振（SubSynchrous Resonance SSR）物理概念比较复杂。当高压远距离输电采用串联电容补偿时，电容量C与线路的电感量L组成一个固有谐振频率。 F=1/(2πLC) 此频率一般低于50Hz。发电机定子也出现频率为的三相自激电流，在气隙中产生频率为的旋转磁场。此旋转磁场的转速，低于主磁场的同步转速。气隙中两个磁场同时存在对轴系产生一个交变扭矩，其频率为： ft=f-fs 式中ft——交变扭矩的频率； f——电网频率； fs——串联电容补偿固有频率。 如果轴系的自然扭振频率fv 正好等于交变扭矩频率ft，即fv=ft=f-fs或fv+fs=f，此时，发电机组轴系的自然扭振频率fv 与串联补偿产生的电磁谐振频率fs 相加恰好等于电网频率f0 ，相互“激励”，形成“机一电谐振”。因为fs 低于电网频率，所以叫“次同步谐振”。 1、次同步振荡原理 交流输电系统中采用串联电容补偿是提高线路输送能力、控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济的方法。但是，串联电容补偿可能会引起电力系统的次同步谐振（SSR，SubsynchronousResonance），进而造成汽轮发电机组的轴系损坏。次同步谐振产生的原因和造成的影响可以从三个不同的侧面来加以描述，即异步发电机效应（IGE，InductionGeneratorEffect）、机电扭振互作用（TI，

PSS和SVC联合抑制次同步振荡

万方数据

万方数据

万方数据

第７期 蒋平，等：ＰＳＳ和ＳＶＣ联合抑制次同步振荡 ＠ 的电气阻尼．无法兼顾所有谐振模式，甚至对其他谐振模式的阻尼有负面影响。两者同时配置后．有效地解决了上述问题．主谐振点附近没有出现较大的负阻尼．在提高低频振荡点和４个自然扭振频率附近的电气阻尼的同时也能够有效地应付扭振频率偏移。３．３时域仿真验证 ｔ＝２ｓ时在发电机的机械转矩上施加０．２Ｐ．Ｕ．的阶跃扰动．该扰动的持续时间为４个工频周期。同时配置改进ＰＳＳ和含ＳＳＤＣ的ＳＶＣ后的母线电压Ｕ、发电机电磁功率Ｌ及轴系各质块问的转矩变化如图 ｌＯ所示。 主｝吾 ≥器 《１?６ ｅ １．４ 心１．２ １．０ ｊ １．２ 毒１．０芍０．８ ｊ １．６ ｅ １．４ ｏ １．２０．４８ ２３４５６７８９１０ ｔ／ｓ （ａ）原系统 ７、．，－／、一一一一一一一一～～一 ～ 、八／＼Ⅳｗ认～ ０●－－一一一． 旷一…一 －ｉ●■ｕ?Ｌ▲一 一’一一 －—ｋ，一、—、—、—。～’～一一一一一一—一 Ｉｌｌ?－“．．．．．．．．． Ｔ７－””２ ３ ４ ５６７８９１０ ｔ／ｓ （ｂ）同时配置改进ＰＳＳ和含ＳＳＤＣ的ＳＶＣ 圈ｌＯ小扰动下仿真结果 Ｆｉｇ．１０Ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒｓｍａｌｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ 可见，系统受到小扰动干扰时．通过改进ＰＳＳ和含ＳＳＤＣ的ＳＶＣ的联合控制．ＳＳＯ得到了完全的抑制。下面以三相短路故障来验证改进ＰＳＳ和含ＳＳＤＣ的ＳＶＣ联合抑制ＳＳＯ的情况．ｔ＝５ｓ时在输电线路末端施加０．０６７ｓ的三相接地短路。同时配置改进ＰＳＳ和含ＳＳＤＣ的ＳＶＣ后的母线电压、发电机电磁功率以及轴系各质块间的转矩变化如图ｌｌ所示。 （ａ）原系统 厂、／、＾，、＾＾＾４ ‰＾＾—∥扩帅 抄ｒ…一一。： ｔ／ｓ （ｂ）同时配置改进ＰＳＳ和舍ＳＳＤＣ的ＳＶＣ图１ｌ三相短路情况下仿真结果 Ｆｉｇ．１ｌＳｉｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔ ３．４Ｐｒｏｎｖ方法验证 取系统小扰动情况下的角速度信号进行Ｐｒｏｎｖ分析，配置改进ＰＳＳ和含ＳＳＤＣ的ＳＶＣ前后各个谐振 ．ｎ．ｄ＼． ．ｎ．ｄ＼一轧鬃 ．ｎ．＼ ．ｎ．ｄ＼． ｏ ｍ Ｏ ００ Ｏ Ｏ ．ｎ．＼ ．厶＼目：…细八 ．；．厶＼一 万方数据

风电场并网系统的次同步振荡问题研究

华中科技大学硕士学位论文 ABSTRACT In China, large-scale development and utilization of wind energy has become an inte-gral part of national energy strategy. However, Wind farms are frequently located in remote areas, far from the bulk of electric power users, and require long transmission lines to con-nect to the grid. Series capacitive compensation of doubly-fed induction generator (DFIG) based wind farm is an economical way to increase the power transfer capability of the transmission line connecting the wind farm to the grid. However, a factor hindering the ex-tensive use of series capacitive compensation is the potential risk of sub-synchronous os-cillation (SSO). This oscillatory phenomenon may cause severe damage in the wind farm, if not prevented. With controlled power electronic converters are increasingly being used in power systems, a controlled power electronic converter can cause instabilities when inter-acting with other dynamic subsystems in a power system. The main work includes the fol-lowing three parts: A small-signal model and PSCAD/EMTDC simulation model of single machine infi-nite bus system composed of DFIG and series compensation are built, and the SSO charac-teristics of a DFIG-based wind farm connected to series compensated transmission system are researched by using eigenvalue analysis and time-domain simulation. Analysis and simulation results show that the wind speed, the proportional parameter of the inner loop of the rotor-side converter and series compensation degree exert a significant effect on the sub-synchronous oscillation characteristics of the system. A method that can mitigate sub-synchronous oscillation in the wind farm by emulating a virtual series resistance on the rotor is proposed. The equivalent circuit model of DFIG is obtain, taking into account the structure of inner current control loop in RSC and virtual resistance controller. Both the eigenvalue analysis and time-domain simulation have vali-dated the effectiveness of this damping method. Input admittance expressions for a voltage-source converter（VSC）are derived. Using impedance and admittance matrices the closed-loop stability analysis of the converter-grid interaction are researched. The expressions for the elements of the VSC input-admittance

电力系统次同步振荡分析

电力系统次同步振荡（Power system synchronization oscillation） 产生机理和条件 次同步震荡基本概念：大型汽轮发电机组的转子轴系具有弹性，由于机械和电气的相互作用， 在特定条件下会自发振荡。输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的不当加装， 发电机励磁系统、可控硅控制系统、电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发、导致次同步 振荡（SSO）现象。有时也发生在发电机非同期并列或系统发生不对称短路等大扰动后的暂态过 程中。 根据次同步谐振产生的原因可从4个方面加以描述： 1）感应发电机效应：假设发电机转子以常速旋转，由于转子的转速高于由次同步电流分量引起 的旋转磁场的转速，在次同步频率下从电枢终端看去转子电阻呈负值。当这个视在负值电阻超 过电枢和电网在次同步频率下的等效电阻的总和时，就会发生电气自振荡，这种自激振荡认为 是由过电压和过电流引起的。 2）扭转相互作用：设发电机转子在一个扭转频率fm下发生振荡，fm能导出电枢电压分量频率fem，其表达式为fem=fo+fm，当其中的次同步频率分量接近电气谐振频率fer时，电枢电流产生一个 磁场，该磁场能产生使发电机转子振荡加强的转矩，这使次同步电压分量导致的次同步转矩得 以维持。如果次同步频率分量和转子转速增量的相位相同，而且等于或超过转子固有机械阻尼 转矩时，就会使轴系的扭振加剧。电气和机械系统之间的相互作用就被认为是扭转相互作用。 3）暂态力矩放大作用：当系统发生干扰时，电磁转矩就会施加于发电机转子上，使发电机轴段 承受转矩压力。串联电容补偿输电系统中的干扰，会造成在fo-fer频率下的电磁转矩振荡。如 果此频率接近于任何转子段的自然振荡频率fn，会导致转子转矩远远大于无串补系统的三相故 障转矩，这是由电气和机械自然频率之间的振荡引起的，称为暂态转矩放大效应。 4）由电气装置引起的次同步振荡：最初发现HVDC及其控制系统会引起汽轮发电机组的轴系扭振， 随后发现其他如电力系统稳定器（PSS）、静止无功补偿器（SVC）、汽轮机高速电液调速系统、 电机调速用换流器等有源快速控制装置在一定条件下均可能引起汽轮发电机组次同步振荡。一 般地说，任何对次同步频率范围内的功率和速度变化响应灵敏的装置，都是潜在的次同步振荡 激发源，而由此引起的发电机组次同步扭振问题统称为“装置引起的次同步振荡”。 归纳成两类次同步震荡产生原因分析： ●交流输电产生次同步震荡的原因分析 输电系统为了提高输电能力和增加瞬态稳定性，有时在电网中串联补偿电容，使整个电网形成 R-L-C 回路，此回路将发生次同步谐振。次同步谐振是电力系统的一种运行状态，在这种状态下， 电气系统与汽轮发电机组以低于同步频率的某个或多个网机（电网或电机）联合系统的自然振 荡频率交换能量。由次同步谐振导致的感应发电机效应，可能出现负阻尼，使次同步电气振荡 不衰减或增强。当次同步电气振荡频率e f 与机组轴系某阶扭振固有频率n f 互相耦合，即 e n N f + f = f （N f 为工频），将产生次同步机电谐振。 ●直流输电产生次同步振荡的原因分析 高压直流输电（HVDC）引起SSO 的原因在于直流控制器的作用。发电机转子上微小的机械扰动， 将引起换相电压尤其是其相位的变化。在等间隔触发的HVDC 系统中，换相电压相位的偏移，

新能源电力系统次同步振荡问题研究综述

新能源电力系统次同步振荡问题研究综述 发表时间：2019-05-05T17:10:09.640Z 来源：《电力设备》2018年第31期作者：刘智全 [导读] 摘要：随着我国电力电子技术的不断向前发展，新能源这个名词对我们来说越来越熟悉，甚至在我们的日常生活当中随处可见，它的广泛应用给我们带来了积极影响，例如推动我国科技发展的水平与速度，彻底改变了人民群众的日常生活。 （广州电力建设有限公司广东广州 510000） 摘要：随着我国电力电子技术的不断向前发展，新能源这个名词对我们来说越来越熟悉，甚至在我们的日常生活当中随处可见，它的广泛应用给我们带来了积极影响，例如推动我国科技发展的水平与速度，彻底改变了人民群众的日常生活。新能源电力系统就是一个很好的体现，然而在当今社会，新能源电力系统的组成结构在不断的变化，变得越来越复杂。正因如此，新能源电力系统的次同步振荡问题也层出不穷，而引发这些问题的根源、它们的呈现形式、严重层次以及解决方法是每一个电力企业乃至全世界都高度重视的。所以本篇文章就是针对新能源电力系统次同步振荡出现的问题展开研究，并对其提出可靠的意见和相关的措施。 关键词：新能源电力系统；次同步振荡问题；研究；建议与措施 引言： 电力系统当中的次同步振荡其实就是一个专业用语，它是维持整个电力系统稳定性的重要因素之一。电力系统次同步振荡的危险系数极高，其中最为常见的、也是最严重的问题就是发电机的有关轴系会因为各种各样的影响因素从而遭到损坏，例如因为经常承担很大的转矩致使发动机长期处于一种非常劳累的状态下，从而缩短其的工作年限，甚至可能会导致发电机出现裂痕、毁坏的情况。因此我们必须高度重视电力系统次同步振荡中存在的问题并且不断的完善。 一、我国新能源电力系统次同步振荡的发展状况 在电力系统次同步振荡当中最容易发生的情况就是失去稳定性，而这一问题的发生往往是会影响整个电力系统的正常工作，从而造成重大的安全事故，因此有关的学术团体与工业行业针对这一系列的现象展开了激烈的研究与讨论，例如在1973年国际电力协会成立了次同步振荡的研究小组，引起了一股热潮。但是不得不承认，在当今社会，我国的发电主要还是依靠电力、水力，随着科学技术的不断更新与创造，电力行业正在接收着严峻的考验，我国电力系统次同步振荡的问题、形式需要进行重新梳理与定义。而电力系统的次同步振荡形式主要分为以下几种：第一种就是电力系统当中的次同步振荡，它是在整个电力系统的工作过程当中受到影响后而出现的一种非正常的机械振动状况，这时候电力系统的发动机与电网正在进行低频的能量互换。第二种就是电力系统当中的次同步谐振，它主要包括汽轮发电机的感应能力以及次同步振荡的相互作用力。第三种就是由于电力系统中次同步振荡的装置情况而产生的汽轮发电机轴系与电网之间相互连接、作用。第四种就是新能源电力系统的次同步振荡，这种新型的次同步振荡现象最早诞生是在2009年的美国。 二、我国关于新能源电力系统次同步振荡问题的研究分析 我国新能源电力系统次同步振荡的问题一直都是上升趋势，原有的问题不仅没有得到良好的解决，还增加了许多新问题，出现了许多新情况。对此我综合了我们国家当前电力系统次同步振荡问题的表现形式与特点，提出了以下几点问题：第一点就是电力系统中发电机轴系的抗疲劳能力，这一问题曾经在我国内蒙古地区多次出现大规模发电机严重疲劳工作的现象。第二点就是电力系统当中对于次同步振荡问题的风险评估能力，这一环节对于电网的实施规划有着不可缺少的重要作用，与此同时也是次同步振荡影响措施实施的根本事实。第三点就是次同步振荡的快慢和广度，这是影响电力系统同步振荡问题的关键因素，合理的监管、控制这一问题给电力系统次同步振荡带来了前所未有的考验。 图1 直流功率于电气阻尼系数的影响 三、我国新能源电力系统次同步振荡问题相关的方法措施 我国对于电力系统次同步振荡问题常用的方法有两大类型，其中第一种类型是可以快速、有效的识别所有可能发生振荡的发电机，第二种则是可以通过次同步振荡的特征形象对其做出定性、定量的评价，最后呈现出精准的数据分析，但是使用这种方法的前提条件就是必须保证次同步振荡原始凭据的真实、可靠。具体的方法有以下几种： 第一种就是利用电力系统次同步振荡的频率来考察发动机是否可以进行正常的工作，这其中是否存在着危险因素和异常，但是它也存在着一定的弊端，那就是它没有考虑其他因素，只能利用转子扰动的频率来猜测发动机组对整个电力系统的影响，如果发动机组具有其他方面的问题，它是不能够排查出来的。第二种就是对直流输电系统制定合理的计划，分析出所有可能会引起电力系统次同步振荡的问题，这种方法相对来说是比较单一的，通过这种方法就可以判断出次同步振荡的稳定性是否良好。第三种就是运用一些线性化的道具模型，准确的计算出电力系统中每一个子系统的特征值，以及相关的变量和因子，这种方法的优点在于它可以快速的找出与发动机扭动有关的质量板块，以此来进行全方位的控制和检查，例如在次同步振荡存在危险系数的情况下，迅速的进行分析检测，然后采取有效的措施，能够合理的预防危险情况的发生。除此之外，它也有一定的缺陷，那就是对整个电力系统的检测与描述只能够采用正规的渠道和网络，很难掌握多个电力系统的具体状况。第四种就是利用数学和数值来对电子系统进行全方位的排查，这种方法的优点就是它能够把每一个子系统划分得很细致，还能够准确的模仿发电机的动作、每一个系统的问题和毛病，灵活的得出每一时间变化的适时情况，缺点是它需要很长一段时间来模仿系统的运行状况，来确定次同步振荡是否安全稳定，但是这一要求在实际情况当中是很难做到的。

电力系统次同步谐振振荡的形态分析

作为电力系统稳定性的重要侧面,次同步谐振/振荡,从20世纪70年代至今,一直得到广泛的关注和研究。而随着电力系统的演变发展,SSR/SSO的形态和特征也处在不断的变化之中。1970年代,美国Mohave电厂发生的恶性SSR事件开启了机组轴系扭振与串补、高压直流等相互作用引发SSR/SSO的研究高潮;1990年代初开始,柔性交流输电系统(flexibleACtransmissionsystems,FACTS)技术兴起,推动了电力电子控制装置参与、影响以及抑制SSR/SSO的研究。21世纪以来,随着风电、光伏等新型可再生能源发电迅速发展,其不同于传统同步发电机的,采用变流器接入电网的方式,不仅影响传统的扭振特性,且与电网的互动正导致新的SSR/SSO形态,它们的内在机理和外在表现都跟传统SSR/SSO有很大的区别,难以融入IEEE在20世纪中后期逐步建立的术语与形态框架中,从而给该方向的研究和交流带来不便。目前,亟需针对SSR/SSO的新问题和新形态,扩展进而构建更通用的“学术语境”。 本文先简要回顾SSR/SSO的发展历史,重点讨论其形态分类,然后尝试提出一种新的分类方法,继而通过实例分析风电机组参与的新型SSR/SSO,最后讨论多形态SSR/SSO的共存与互动问题。 1 历史回顾 20世纪30年代,人们就认识到同步发电机和电动机对于电网中电抗与串补电容导致的次同步频率电流呈感应发电机(inductiongenerator,IG)特性,进而导致电气振荡或自励磁(self-excitation,SE)[1]。但是,1970年以前只是将发电机轴系看成一个单质块刚体,没有意识到机械扭振模式的参与。直到1970年底和1971年美国Mohave电厂先后发生2次大轴损坏事件,人们才认识到串补电网与汽轮机组机械系统之间相互作用可能导致扭振机械谐振(torsionalmechanicalresonance)的风险。 文[2]首次提出了SSR、SSO、感应发电机效应(inductiongeneratoreffect,IGE)和暂态扭矩放大(torqueamplified,TA)等概念。文[3]提出了扭振(模态)互作用(torsional(mode)interaction,TI)的概念,并说明其为串补输电系统的3种稳定性问题之一(其他2种是机电振荡和电气自激(electricalself-excitation)),并首次讨论了暂态扭矩(transienttorque)问题。 1974年,IEEE电力系统工程委员会的动态系统性能工作组成立了一个专门的工作小组来推动对SSR现象的认识,它在1976年首次公开发布了第1份IEEE委员会报告[4],并在1979年对该报告进行了第一次文献补充[5],将SSR的形态划分为感应电机效应(inductionmachineeffect,IME)和扭振(torsionaloscillation,TO)。此后每隔6年出版一次文献补遗[6-8],总结相关理论、分析方法与控制手段的最新进展。1977—1980年间,美国西部电网的Navajo电厂[9]、SanJuan电厂[10]相继出现SSR问题,以此为契机,学术界对SSR/SSO开展了大量的理论与实证研究。1980年,IEEE委员会在其报告中明确了SSR、SE(包括IGE/IME和TI)和STA(shafttorqueamplification)等术语定义[11]。 在发现串补电容导致SSR的同时,加拿大Lambton电厂发现电力系统稳定器(powersystemstabilizer,PPS)会恶化低阶扭振模态的阻尼,进而导致扭振[10]。1977年10月,在美国SquareButteHVDC系统调试中发现直流换流站与相邻汽轮发电机组的低阶扭振模态相互作用,导致HVDC-TI现象[12]。针对这些新情况,IEEE委员在1985年第2次文献补充[6]和新版定义[13]中增加了“装置型次同步振荡(devicedependentSSO)”的分类,将直流换流器、静止无功补偿器(staticvarcompensator,SVC)[14]、PSS、变速驱动以及其他宽频电力控制设备与邻近的汽轮机组之间相互作用引发的次同步振荡(SSO)归为这一类别,并针对HVDC、PSS这一类控制参与的次同步振荡问题首次提出了控制相互作用(controlinteraction,CI)的概念;而SSR 仍然限于汽轮机组与串补输电系统的相互作用。 1991年第3次文献补充[7]中提到极长、高并联电容补偿线路也可能引发低阶TI,并针对HVDC 引发的TI提出了次同步扭振互作用(subsynonoustorsionalinteraction,SSTI)的概念。1992年,IEEESSR工作组对SSR/SSO进行了概括性分类[15]：将SSR限定为串补电容与汽轮发电机

次同步振荡机理分析

次同步振荡机理分析 1、次同步振荡原理 交流输电系统中采用串联电容补偿是提高线路输送能力、控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济的方法。但是，串联电容补偿可能会引起电力系统的次同步谐振（SSR，SubsynchronousResonance），进而造成汽轮发电机组的轴系损坏。次同步谐振产生的原因和造成的影响可以从三个不同的侧面来加以描述，即异步发电机效应（IGE，InductionGeneratorEffect）、机电扭振互作用（TI，TorsionalInteraction）和暂态力矩放大作用（TA，TorqueAmplification）。对次同步谐振问题，主要关心的是由扭转应力而造成的轴系损坏。轴系损坏可以由长时间的低幅值扭振积累所致，也可由短时间的高幅值扭振所致。 由直流输电引起的汽轮发电机组的轴系扭振与由串联电容补偿引起的汽轮发电机组的轴系扭振在机理上是不一样的，因为前者并不存在谐振回路，故不再称为次同步谐振（SSR），而称为次同步振荡（SSO，SubsynchronousOscillation），使含意更为广泛。 2、次同步振荡种类 由直流输电引起的次同步振荡具有定电流（定功率）控制的直流输电系统所输送的功率是与网络频率无关的，因此直流输电系统对汽轮发电机组的频率振荡不起阻尼作用，对汽轮发电机组的次同步振荡也不起阻尼作用。但这本身不足以构成次同步振荡不稳定。 产生不稳定的因素只有在一系列不利因素同时作用时，才可能产生次同步振荡不稳定。这些不利因素包括： 汽轮发电机组与直流输电整流站距离很近； 该汽轮发电机组与交流大电网联系薄弱； 该汽轮发电机组的额定功率与直流输电输送的额定功率在同一个数量级上。 汽轮发电机组与交流大电网之间联系的强弱（可以用联络线的阻抗来表达）起着非常重要的作用。常规的电力负荷具有随频率而变化的特性，它们对汽轮发电机组的次同步振荡起阻尼作用。但是，当汽轮发电机组与交流大电网弱联

“电力系统低频振荡与次同步振荡”专题

2017年3月电工技术学报Vol.32 No. 6 第32卷第6期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2017 “电力系统低频振荡与次同步振荡”专题 特约主编寄语 低频振荡与次同步振荡是电力系统的经典问题之一，随着同步电网规模的扩大、固定串联电容补偿输电技术和柔性交流输电技术的大范围应用以及大规模新能源接入电网，目前低频振荡与次同步振荡问题仍然是迫切需要解决的重大工程问题，而且这两方面的问题又呈现出新的特征。 总体上看，对于低频振荡与次同步振荡问题，不管是在理论上还是在工程实践上，都还没有完全解决。主要表现在四个方面：①物理机理上的挑战；②分析方法上的挑战；③实时监测上的挑战；④阻尼控制上的挑战。 物理机理上的挑战：电力系统将包含越来越多的采用电力电子换流器接口的新能源电源，加上早已存在的直流输电和柔性交流输电装置，使得电力系统除了传统的电磁元件外还包含了相当数量的电力电子装置。传统上，低频振荡问题特指同步电网中同步发电机转子的功角小扰动稳定问题，它与电力系统小扰动稳定问题不是完全对等的。电力系统小扰动稳定问题考虑的状态变量包括系统中所有动态元件的状态变量，而低频振荡问题考虑的状态变量仅仅包括系统中所有同步发电机转子的功角和转速。低频振荡问题分为局部振荡问题和区域间振荡问题，一般关注的是区域间振荡问题。次同步振荡主要关注的是大型同步发电机组的轴系扭振问题，且次同步振荡问题主要局限于单个电厂。而在大量新能源电源接入后，低频振荡和次同步振荡问题的定义开始存在歧义。电力电子装置实际上可以存在很宽频率范围的电压和电流量，包括次同步频段和高次谐波频段。由于电力电子装置控制器设计不合理以及多电力电子装置的相互作用，可能引起频率范围很宽的电压和电流振荡，其中落在低频振荡和次同步振荡的频率范围也是完全可能的。包含大量新能源电源的电力系统其电源构成包括同步发电机电源、异步发电机电源和换流器电源等，经典的功角稳定理论只关注同步发电机电源之间的功角稳定，且认为同步发电机电源之间的功角稳定是电力系统能够稳定运行的必要条件。那么，对于包含大量新能源电源的电力系统，经典的功角稳定理论是否仍然成立呢？显然，同步发电机电源之间的功角稳定仍然是此类电力系统能够稳定运行的必要条件。然而，如何考虑非同步机电源对同步机功角稳定的影响呢？非同步机电源在低频振荡分析中应采用什么样的模型呢？非同步机电源的局部振荡会导致系统功角失稳吗？若整个系统不包含同步机电源，还有低频振荡问题吗？对于包含同步机电源和非同步机电源的电力系统，通过建立统一的小扰动状态空间模型进行小扰动稳定性分析，能得到有用的信息吗？ 分析方法上的挑战：经典的小扰动分析方法可以分为两类，一类是特征值分析法，另一类是模态辨识法。特征值分析法发展较早，需要建立整个系统的状态空间模型。特征值计算的方法主要为两类，一类是求系统全部特征值的方法，另一类是求系统部分特征值的方法。求全部特征值方法的主要代表是QR法，其局限性是不能计算特大型矩阵的特征值，通常要求矩阵阶数小于1 000阶。求系统部分特征值的方法有多种，其中基于Krylov子空间投影的Arnoldi法比较受青睐。Arnoldi法可以计算特大型矩阵的部分特征值，但也存在遗漏指定区域特征值的可能。模态辨识法基于物理量的时域波形辨识系统的振荡模态信息，近二三十年来得到了快速发展和广泛应用，其