合肥工业大学等单位邵冰冰、赵峥 等：多直驱风机经柔直并网系统相近次同步振荡模式参与因子的弱鲁棒性分析

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针对多直驱风机经柔直并网系统相近次同步振荡模式的参与因子对参数变化极为敏感，从而影响阻尼控制器优化配置的现象，合肥工业大学邵冰冰等与国网经研院赵峥在2023年第3期《电工技术学报》上撰文，揭示了相近次同步振荡模式参与因子的弱鲁棒性机理及影响因素，并提出了消除/减小参与因子弱鲁棒性危害的多种方案。

研究背景

上海南汇、广东南澳风电经柔直并网工程在调试期间均曾观测到电压电流的次同步振荡(SSO)现象，现有研究表明多直驱风机经柔直并网系统中存在多个相近的SSO模式。相近振荡模式的研究主要集中在机械振动领域，而电力系统领域中的相关研究相对较少。Dobson I、王海风等人分析了振荡模式接近时的强谐振、弱谐振和开环模式谐振问题，赵书强等人分析了振荡模式接近时的模态不稳定现象。

然而，相近振荡模式的参与因子(PF)变化情况鲜有研究。PF决定了阻尼控制器的最优安装位置(阻尼控制器一般配置在PF最大的风电机组上)，对阻尼控制器性能影响较大。因此，有必要揭示相近振荡模式的PF对参数变化敏感的机理及影响因素，并提出避免这一现象的有效方案。

论文所解决的问题及意义

论文以多直驱风机经柔直并网系统为研究对象，揭示了相近SSO模式PF对参数变化敏感的机理及影响因素，并提出了多种抑制参与因子弱鲁棒性的思路。相关成果有利于加深对实际电力系统相近振荡模式的认识，并可通过阻尼控制器的优化配置提高阻尼控制器在参数摄动下的鲁棒性。

论文方法及创新点

论文采用矩阵摄动方法揭示了相近SSO模式参与因子呈现弱鲁棒性的机理。同时，提出了PF灵敏度这一分析工具，分析了系统参数变化对相近SSO模式的PF灵敏度(如图1所示)。最后，提出了消除/减小参与因子弱鲁棒性危害的三种方案(如表1所示)。

方案一为增大风电场内多台风电机组间的差异程度；方案二为基于参数摄动下参与因子数值解的阻尼控制器动态调整；方案三为基于参数摄动下参与因子解析解的阻尼控制器动态调整。

图1  不同风电机组对相近SSO模式的参与因子灵敏度

表1 消除/减小参与因子弱鲁棒性危害的三种方案

结论

1）当多直驱风机经柔直并网系统中多台风电机组运行工况相近的情况下，系统中可能存在相近的场内SSO模式，这些相近的场内SSO模式在参数摄动下特征值虽变化较小，但参与因子变化较大。

2）参数摄动下，相近场内SSO模式的主导风电机组可能发生改变，从而影响阻尼控制器的最优配置和SSO抑制效果。

3）为了减小参与因子弱鲁棒性带来的危害，可采取增大风电场内风电机组间的差异程度、根据参数摄动下参与因子数值解和解析解动态调整阻尼控制器位置这三种方案，从而提高实际工程中SSO阻尼控制器的鲁棒性。

作者介绍

邵冰冰(1995)，本文第一作者，讲师，硕导。研究方向为新能源-柔直-低频输电系统稳定性分析与控制、新能源集群构网型控制及分析。近年来，获华北电力大学优秀博士学位论文奖，主持国家自然科学基金项目1项，负责国网经研院委托项目1项、中国电科院院士基金子课题负责人，参与柔性低频输电国重研发计划子课题1项、国网总部科技项目1项，在国内外发表会议/期刊论文40余篇。

本文编自2023年第3期《电工技术学报》，论文标题为“多直驱风机经柔直并网系统相近次同步振荡模式参与因子的弱鲁棒性分析”。本课题得到国家自然科学基金项目和国家电网公司总部科技项目的支持。

引用本文

邵冰冰, 赵峥, 肖琪, 杨之青, 孟潇潇. 多直驱风机经柔直并网系统相近次同步振荡模式参与因子的弱鲁棒性分析[J]. 电工技术学报, 2023, 38(3): 754-769. Shao Bingbing, Zhao Zheng, Xiao Qi, Yang Zhiqing, Meng Xiaoxiao. Weak Robustness Analysis of Close Subsynchronous Oscillation Modes' Participation Factors in Multiple Direct-Drive Wind Turbines with the VSC-HVDC System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(3): 754-769.

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