【精彩论文】特高压近区风电汇集地区次同步振荡特征及防控措施

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王胜利

华北电力大学 电气与电子工程学院

国网新疆电力有限公司

许刚

华北电力大学 电气与电子工程学院

引文信息

王胜利, 许刚. 特高压近区风电汇集地区次同步振荡特征及防控措施[J]. 中国电力, 2020, 53(3): 28-34,65.

WANG Shengli, XU Gang. Characteristics and prevention and control measures of sub-synchronous oscillation in uhv wind power gathering area[J].Electric Power, 2020, 53(3): 28-34,65.

研究背景

伴随着新疆电网快速发展，电源装机容量迅速提升，大规模新能源集中并网以及电网网架结构快速变化发展，形成了特高压交直流混联、电网电压等级极差大、电力电子化突出的特点。2015-2016年，新疆哈密地区发生多起次同步振荡，造成了严重经济损失。在大规模风电并网的背景下，由于风电机组控制方式和运行特性的差异，电力电子控制器之间相互作用可能引发电力系统次同步振荡，给电网安全稳定运行带来潜在的运行风险。因此，分析特高压近区风电汇集地区的次同步振荡的特征及诱发因素，建立多层级次同步振荡抑制体系，有效抑制次同步振荡及其带来的影响，对于保障电网安全稳定运行和提高新能源消纳水平具有重要意义。

论文所解决的问题及意义

针对特高压近区风电汇集地区次同步振荡激发原因、发展机理、振荡特征、影响范围等问题所呈现出的传播范围广、谐波成分复杂、跨电压等级穿透力强、振荡剧烈等特点。文章以±800kV换流站近区发生的次同步振荡实际数据为基础，结合电网运行特点，开展一系列理论优化和实验测试工作，主要优势有：

（1）从风机本体控制策略、系统电压控制、振荡特征识别、系统参数等多个维度，分析了振荡诱发的原因、振荡特征和振荡关联因素；

（2）提出了从风机优化控制、无功补偿装置调节控制、电网结构补强等方面采取措施抑制振荡发生；

（3）通过改造相量设备、建立完善的监测网络，采用电网实际运行数据验证抑制措施的有效性。

图1 次同步振荡监测系统构架

论文重点内容

基于±800kV天中直流换流站及哈密地区、乌昌、吐鲁番电网、南疆电网共17个厂站的故障发生时刻PMU录波文件，进行频谱分析，并统计次同步谐波频率及振荡幅值，总结出哈密地区发生次同步振荡的振荡频率范围宽、振荡幅值较高、振荡传播范围广三个主要特征。

图2 哈密地区线路振荡分布图

通过对引起哈密地区次同步振荡的主要因素的分析，明确了引起哈密地区次同步振荡的主要因素，包括网架结构带来的抗干扰能力弱、风电机组类型及控制模式多样导致的响应能力差异、动态无功补偿模式不统一等。建立系统强度与振荡关联分析模型，分析哈密地区电网系统强度及其控制参数对风电次同步振荡特性的影响。

图3 系统强度与振荡关联分析模型

基于对哈密地区次同步振荡时电网运行数据和试验数据的分析，定位次同步振荡的扰动源，明确影响范围，追踪谐波传播路径，构建多层级监测网络和控制系统，实现前端监测和后台自动监视功能，为分析不同类型风机产生次同步振荡的原因创造条件。通过调整优化风电机组运行模式功率控制参数设置和风电机组有功控制模式参数，实现了对风电机组功率控制的优化。同时，通过对SVC和SVG装置增加延时闭锁功能，调整动态无功补偿设备反馈模式，实现了对风电机组功率、SVC、SVG无功控制策略的优化，证实了次同步振荡抑制措施的有效性，最大层度地缩小次同步振荡的扩散影响范围。

研究结论

特高压近区风电汇集地区次同步振荡特征及防控措施，分析了次同步振荡在特高压近区风电汇集区域发生时特点，从工程应用角度，通过优化风电机组功率控制参数、调整风电场SVG等装置无功控制策略、电网结构和提高短路比，使得特高压近区风电汇集地区次同步振荡得到了缓解，对特高压送端电网风电火打捆外送、规模化新能源运行方面有了进一步认识，同时为其他地区次同步振荡的预防和治理提供了经验参考和数据基础。

主要作者介绍

第一作者：王胜利，男，高级工程师，从事新能源并网技术、智能电网信息处理研究。

E-mail: [e-mail]。

第二作者：许刚，男，教授、博士生导师，从事智能电网信息处理、电气信息技术。

E-mail: [e-mail]。

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编辑：杨彪

审核：蒋东方

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