摘 要

本文主要从电气阻尼角度出发，用基于复数力矩系数法的信号测试法分析由高压直流输电系统的接入所引起的次同步振荡现象。

文章首先叙述了HVDC基本结构、工作原理及其数学模型，简要分析了HVDC系统参数以及控制方式对次同步振荡的影响。其次，从发电机多质块弹性系统出发研究发电机轴系的扭振机理，并以此分析由高压直流输电引起的SSO的原因。接着，介绍了复数力矩系数法并推导复数力矩系数。最后，以风火打捆经串补外送系统为例，采用复数力矩系数法的时域仿真实现方法——信号测试法，在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上建立其数学模型并得到时域数据，并根据时域频域效果导入MATLAB编写相关程序得到相应的仿真曲线，以此分析风电场并网对火电机组电气阻尼系数的影响。

仿真结果表明，风电场并网前后系统发生次同步振荡的频率不变，但振荡的幅值会增加；无论风机并网与否系统都发生了机电扭振互作用，轴系扭振频率与电气扭振频率互补；风机的加入会使原有扰动进一步加强。

关键词：高压直流输电系统 次同步振荡 电气阻尼 复数力矩系数法

Research on Power System Oscillation Caused by HVDC Access

Abstract

This article mainly from the perspective of electrical damping, using the signal test method based on the complex torque coefficient method to analyze the subsynchronous oscillation caused by the access of the HVDC transmission system.

The article first describes the basic structure, working principle and mathematical model of HVDC, and briefly analyzes the influence of HVDC system parameters and control modes on subsynchronous oscillation. Secondly, the mechanism of torsional vibration of generator shaft is studied from the elastic system of multi-mass generator, and the reason of SSO caused by HVDC transmission is analyzed. Then, it introduces and proves the method of analyzing the subsynchronous oscillation mainly used in this paper—the complex moment coefficient method and derives the complex moment coefficient. Finally, taking the wind and fire bundled by the series complementation delivery system as an example, the time domain simulation method of the complex moment coefficient method—signal test method—was used to establish a mathematical model on the DIgSILENT/PowerFactory simulation platform and get time domain data. According to time domain and frequency domain effect, import MATLAB to compile the relevant program to get the corresponding simulation curve, in order to analyze the impact of grid connection of wind farm on the thermal damping coefficient of thermal power unit.

The simulation results show that the subsynchronous oscillation frequency of the wind farm before and after the grid connection is not affected but only the amplitude of the oscillation increases; no matter whether the wind turbine is connected to the grid or not, the electromechanical torsionalvibration interaction occurs, and the torsion vibration frequency of the shaft and the electrical equipment are twisted. The vibration frequency is complementary; the addition of the fan will further strengthen the original disturbance.

Key Words: HVDC；subsynchronous oscillation; electrical damping; the complex moment

coefficient method

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2高压直流输电技术的特点 1

1.3次同步振荡问题分析方法 3

1.4本文的主要研究内容 4

第二章 高压直流输电及其控制系统数学模型 5

2.1 引言 5

2.2 高压直流输电的基本组成 5

2.3 HVDC工作原理及其数学模型 7

2.4 HVDC 控制系统及其数学模型 10

2.4.1 HVDC控制系统概述 10

2.4.2 HVDC基本控制方式 11

2.4.3 HVDC运行特性 15

2.4.4 HVDC控制系统数学模型 16

2.5 HVDC 系统参数及运行工况对次同步振荡的影响 17

2.6 本章小结 18

第三章 HVDC引起次同步振荡的机理及复数力矩系数推导 19

3.1 引言 19

3.2 发电机多质块弹性轴系 19

3.3 HVDC引起次同步振荡机理及分析的简化原则 21

3.4复数力矩系数法 22

3.4.1复数力矩系数法基本原理 22

3.4.2 复数力矩系数法的证明 25

3.4.3 复数力矩系数推导 26

3.5 本章小结 29

第四章 交直流系统次同步振荡的仿真研究 30

4.1 引言 30

4.2 测试信号法 30

4.3交直流系统次同步振荡的仿真研究 32

4.4 本章小结 36

第五章 总结与展望 37

5.1 总结 37

5.2 展望 38

参考文献 39

致谢 52

第一章 绪论

1.1引言

高压直流输电技术的运用已有60多年的历史。1954年，HVDC输电首次成功地应用在瑞典本土大陆与哥特兰岛之间的输电线路^[1]。但在当时，换流器普遍采用晶闸管，而晶闸管属于通过其门极只能控制其开通而无法控制其关断的半控型器件，因此该技术的缺点也显而易见：与高压直流输电系统相连的交流网络必须具有一定的短路容量而且交流侧必须接有电源，以提供关断晶闸管的可靠电流；由于HVDC换流站在运行过程中会消耗大量的无功功率，因此大量无功补偿装置也是必不可少的。在不断改进传统高压直流输电技术过程当中，这些缺点和不足始终未能得到本质上的解决^[2]。近年来，随着国内经济的高速发展和西部大开发的战略部署，西电东输和跨大区联网战略开始逐步实施。我国先后建设了哈密——郑州、向家坝——上海南汇、云广、溪洛渡——浙西等多回±800KV特高压直流输电工程^[9]。进入21世纪以来，随着全控型电力电子器件的发展，新型的柔性直流输电技术（VSC-HVDC）应运而生。柔性直流输电技术使得HVDC技术的应用扩展到了如区域电网互联和孤岛送电等领域，并且能够更为有效地推动多端直流（MTDC）电网的发展。

与交流输电相比，直流输电容量和输电距离不会受到同步运行稳定性的制约；稳态运行时线路上没有电容电流流过，这使其广泛应用在中远距离电力电缆送电中；直流输电的整流侧和逆变侧的交流系统频率可以分别调节，这也使得分区管理调度更加方便，更有利于对故障的网络进行更加及时的修复。HVDC技术给系统的运行带来了巨大的经济和社会效益的同时，也会威胁到系统安全稳定运行。次同步振荡问题就是其中典型一种。

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