基于呼倫貝爾煤電基地送出系統(tǒng)的SSDC設(shè)計與分析

李廣山 韓書梅

摘 要：由于呼倫貝爾煤電基地某電廠機組通過高壓直流輸電系統(tǒng)外送出系統(tǒng)，會引起發(fā)電機軸系的的次同步振蕩風(fēng)險，為了實現(xiàn)SSDC較好的抑制效果，設(shè)計了基于PLL次同步信號提取方法的寬帶SSDC，并通過PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真分析了SSDC的次同步振蕩抑制效果。SSDC結(jié)構(gòu)選擇寬帶SSDC結(jié)構(gòu)，基于PLL提取HVDC整流側(cè)交流母線電壓信號中的次同步分量作為SSDC控制器的輸入信號，采用頻域校正法設(shè)計SSDC控制器傳遞函數(shù)，使其在幅頻-相頻特性上滿足在較寬次同步頻率范圍內(nèi)抑制次同步振蕩的相應(yīng)要求。

關(guān)鍵詞：次同步振蕩 SSDC PLL 頻域校正法

中圖分類號：X826 文獻標示碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0066-02

Design and Andysis of SSDC for Hulun Buir Cool Bases Plant Transmission System

Li Guangshan1 Inner Mongolia Han Shumei2

（1.Huaneng Yimin Coal and Electricity Co.， Ltd， Hulun Buir， 021134；2.North China Electric Power University， Beijing，102206）

當發(fā)電機組通過高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）外送功率時，會引發(fā)機組軸系的次同步振蕩問題（Subsynchronous Oscillation，SSO），威脅機組軸系安全[1-4]。為解決直流引起的機組次同步振蕩問題，目前國內(nèi)在HVDC整流側(cè)都會配有SSDC作為網(wǎng)側(cè)抑制措施對SSO進行抑制[5-8]，但在一些實際工程中SSDC出現(xiàn)了無法啟動而不能產(chǎn)生抑制效果的問題，所以有必要對SSDC的設(shè)計及抑制能力進行研究。

1 網(wǎng)側(cè)SSDC抑制原理及設(shè)計

SSDC首先由美國電力研究院（EPRI）提出用來對HVDC引發(fā)的SSO進行抑制[9]，其基本原理就是為汽輪發(fā)電機組軸系在次同步頻率點處提供額外的正電氣阻尼[6]，從而達到抑制效果。

網(wǎng)側(cè)SSDC的設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)選取、輸入信號選擇提取及傳遞函數(shù)設(shè)計三個主要環(huán)節(jié)，其中信號提取和傳遞函數(shù)的設(shè)計是研究的重點。

1.1 結(jié)構(gòu)選擇

現(xiàn)有的SSDC結(jié)構(gòu)主要分為兩類：窄帶SSDC與寬帶SSDC。

窄帶SSDC需要對每個模態(tài)進行提取與抑制會使控制系統(tǒng)十分復(fù)雜，故實際工程中多采取寬帶SSDC的方式進行設(shè)計。

寬帶SSDC是在SSDC起作用的次同步頻段內(nèi)需要對每一個次同步頻率模態(tài)提供恰當?shù)南辔恍Ｕ驮鲆?，所以寬帶SSDC設(shè)計需要比較細致的優(yōu)化算法。

1.2 輸入信號選擇及提取

SSDC的輸入信號應(yīng)包含頻率信息，通?？梢圆扇〉男盘柊ㄝS系轉(zhuǎn)差、換流站母線電壓、母線電流、功率等。同時，作為抑制HVDC引發(fā)SSO問題的SSDC，其輸入信號應(yīng)具備可實現(xiàn)性和有效性的特征[10]，所以采取HVDC整流側(cè)交流母線電壓信號作為輸入信號。

SSDC的信號提取環(huán)節(jié)需要滿足以下三個基本條件。

（1）信號提取時應(yīng)盡量在排除噪音的同時對次同步信號進行提取，以達到良好的抑制效果。

（2）信號提取后的信號應(yīng)能正確反映系統(tǒng)的狀態(tài)。

（3）由于HVDC整流站兩側(cè)直流交流會發(fā)生頻率變換，故信號提取過程中應(yīng)同樣實現(xiàn)對提取信號頻率的轉(zhuǎn)換。

由以上分析，對于頻率偏差的測量成為了此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。分別對DFT、去調(diào)制、基于PLL提取方法三種方法進行比較，基于PLL的提取方法雖然測量精度略低，但它可實現(xiàn)在信號提取的同時完成頻率轉(zhuǎn)換，同時可以在避免濾波器帶來的干擾的同時達到對信號提取較好的效果，所以選取基于PLL的提取方法作為SSDC的信號提取方法。

1.3 傳遞函數(shù)設(shè)計

SSDC傳遞函數(shù)的目的是對提取信號進行數(shù)學(xué)處理，從而實現(xiàn)對次同步振蕩的抑制作用。頻域校正法實際上是對相位的擬合，首先對在不同次同步頻率點處所需補償?shù)南辔贿M行求取，然后根據(jù)所得到的相頻特性對傳遞函數(shù)進行設(shè)計。

傳遞函數(shù)需要滿足兩個基本條件。

（1）相位補償應(yīng)同時對所有模態(tài)進行補償，傳遞函數(shù)在相頻曲線上滿足相應(yīng)要求。

（2）傳遞函數(shù)的幅頻特性需具有帶通特性，務(wù)必使目標頻率段幅值最大且基本一致，從而不被噪音干擾。

采用測試信號法[9]得到呼倫貝爾煤電基地某電廠送出系統(tǒng)各模態(tài)頻率點處所需補償?shù)南辔?。為達到較好的SSO抑制效果，SSDC控制器傳遞函數(shù)相頻特性必須滿足在各模態(tài)頻率下的幅值與待補償相位近似相等。

2 結(jié)論

針對呼倫貝爾煤電基地某電廠存在的SSO風(fēng)險，對作為網(wǎng)側(cè)抑制措施的呼遼直流整流側(cè)SSDC進行了詳細的設(shè)計，使其能夠?qū)魝愗悹柮弘娀啬畴姀S送出系統(tǒng)中的所有機組SSO問題有較好的抑制效果。

參考文獻

[1] Subsynchronous Resonance Working Group of the System Dynamic Performance Subcommittee. Readers guide to subsynchronous resonance[J]. Transactions on Power Systems，1992，7（1）： 150 - 157 .

[2] Piwko R J，Larsen E V.HVDC system control for damping of subsynchronous oscillations[J].IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1982，101（7）：2203-2211.

[3] 李立浧，洪潮.貴廣二回直流輸電系統(tǒng)次同步振蕩問題分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31（7）：90-93.

[4] 徐政.交直流電力系統(tǒng)動態(tài)行為分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[5] Rauhala T，Ja rventausta P. On feasibility of SSDC to improve the effect of HVDC on subsynchronous damping on several lower range torsional oscillation modes[C]//Power and Energy Society General Meeting， 2010 IEEE.IEEE，2010：1-8.

[6] 高本鋒，趙成勇，肖湘寧，等.高壓直流輸電系統(tǒng)附加次同步振蕩阻尼控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].高電壓技術(shù)，2010，36（2）：501-506.

[7] 張望，曹森，郭宏光，等.SSR阻尼控制器在高嶺背靠背直流工程中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（15）：27-32.

[8] EPRI EL-2708.HVDC System Control for Damping Subsynchronous Oscillation.Project 1425-1 Final Report，1982.

[9] 張帆，徐政.直流輸電次同步阻尼控制器的設(shè)計[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008（11）：13-17.

[10] 馮煜堯，洪潮，楊煜，等.高壓直流系統(tǒng)附加次同步阻尼控制器的綜合設(shè)計[J].華東電力，2008（5）：53-56.