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含统一潮流控制器的电力系统次同步谐振及其抑制

2018-03-14 10:02:07
作者: 朱鑫要 金梦 孔祥平等
分类: 技术应用
导读

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)作为柔性交流输电装置,不仅可提高系统的功率输送极限和运行灵活度,还可有效改善系统的稳定性。串联电容补偿输电具备运行可靠性高、经济性好等特点,在我国远距离输电工程中得到了广泛应用。然而,串联电容补偿输电在提高线路输送能力的同时,也可能诱发邻近汽轮发电机组的次同步谐振,进而威胁系统安全。针对含UPFC和串联电容补偿的输电系统,分析掌握系统的次同步谐振特性,并设计利用UPFC附加阻尼控制抑制系统次同步谐振的控制策略,可为含UPFC和串联电容补偿的电力系统规划和运行提供参考,为系统提供新的稳定控制手段。

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)作为柔性交流输电装置,不仅可提高系统的功率输送极限和运行灵活度,还可有效改善系统的稳定性。串联电容补偿输电具备运行可靠性高、经济性好等特点,在我国远距离输电工程中得到了广泛应用。然而,串联电容补偿输电在提高线路输送能力的同时,也可能诱发邻近汽轮发电机组的次同步谐振,进而威胁系统安全。针对含UPFC和串联电容补偿的输电系统,分析掌握系统的次同步谐振特性,并设计利用UPFC附加阻尼控制抑制系统次同步谐振的控制策略,可为含UPFC和串联电容补偿的电力系统规划和运行提供参考,为系统提供新的稳定控制手段。

1 UPFC功能及控制策略

UPFC由共用直流母线的串/并联换流器组成,不仅可向系统提供无功补偿、调节系统电压,还可实现对线路有功/无功潮流的独立控制。针对电压源型换流器,基于dq解耦矢量控制原理的控制策略具有良好的有功/无功解耦控制和响应特性,也是目前UPFC常用的控制策略:并联侧换流器dq解耦控制策略分别实现对直流母线电压、交流母线电压/无功补偿的解耦控制;串联侧换流器dq解耦控制策略分别实现对线路有功潮流、无功潮流的解耦控制。

2 含UPFC的电力系统次同步谐振特性

UPFC运行灵活,当其并联侧换流器单独运行时,其对系统而言类似一台静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)。文中分别研究了UPFC并联侧换流器、UPFC有功/无功指令对系统次同步频段电气阻尼的影响,结果表明:1)UPFC并联侧换流器对系统次同步谐振特性影响很小;2)UPFC串联侧换流器投入运行后,系统的次同步谐振特性可能发生显著改变,产生新的不稳定模态;3)UPFC控制线路输送的有功/无功潮流大小对系统的次同步谐振特性影响很小。

3 UPFC附加次同步阻尼控制策略

为提高系统次同步谐振阻尼,需控制UPFC向系统注入对应频率的次同步电流,故可将UPFC的附加阻尼信号叠加至相应的电流内环控制指令处;同时,为减少附加阻尼控制对UPFC和系统运行的影响,UPFC串/并联侧换流器附加次同步阻尼控制信号分别叠加至并联侧换流器交流母线电压控制回路、串联侧换流器无功控制回路的电流内环控制指令处。为达到抑制多模态次同步谐振的目的,UPFC串/并联侧换流器附加次同步阻尼控制器均采用模态分离的多通道控制器结构(如图1所示),各控制通道均由对应的模态滤波器、比例放大器和移相器组成。

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4 UPFC附加次同步阻尼控制抑制效果

搭建了含UPFC和串联电容补偿的算例系统,以仿真验证UPFC附加次同步阻尼控制器对系统次同步谐振的抑制效果。初始时,UPFC串/并联侧换流器附加次同步阻尼控制器均未投入运行;4 s时,将UPFC串/并联侧换流器附加次同步阻尼控制器投入运行进行次同步谐振抑制。UPFC附加次同步阻尼控制器未投入运行时,系统发散失稳;UPFC附加次同步阻尼控制器投入运行后,系统快速恢复稳定,且UPFC及系统运行未受影响,仿真结果如图2所示。结果表明:1)UPFC附加次同步阻尼控制策略可有效抑制系统的次同步谐振;2)所设计的UPFC附加次同步阻尼控制策略不会影响系统和UPFC的正常运行。

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作者简介

朱鑫要:博士,国网江苏省电力有限公司电力科学研究院高级工程师,主要研究方向包括大电网安全稳定分析与控制、新能源并网、次同步谐振/振荡、FACTS等。

金梦:国网江苏省电力有限公司检修分公司,工程师主要研究方向包括电力系统分析、高压直流输电等。

孔祥平:博士,国网江苏省电力有限公司电力科学研究院高级工程师,主要研究方向包括电力系统继电保护、FACTS等。

赵静波:国网江苏省电力有限公司电力科学研究院高级工程师,主要研究方向包括电力系统分析、电力系统规划等。

刘建坤:国网江苏省电力有限公司电力科学研究院研究员级高级工程师,主要研究方向包括电力系统分析、电力系统规划等。

周前:国网江苏省电力有限公司电力科学研究院研究员级高级工程师,主要研究方向包括电力系统分析、电力系统规划等。

来源:电力系统自动化

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来源:万选通资讯
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