某地區(qū)電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真分析及次同步諧振風(fēng)險分析

亢朋朋　宋朋飛　樊國偉

摘? 要：針對和田地區(qū)電網(wǎng)新投運(yùn)三臺SVG后，可能存在的次同步諧振風(fēng)險開展了研究。主要內(nèi)容包括：線路及機(jī)組參數(shù)校核、光伏站及光伏站SVG建模、新投運(yùn)SVG模型與特性研究、和田地區(qū)全電磁建模和振蕩風(fēng)險仿真與分析。本研究采用時域仿真法研究和田地區(qū)電網(wǎng)次同步振蕩風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：SVG（靜止無功補(bǔ)償器）;全電磁仿真;次同步振蕩風(fēng)險

中圖分類號：TM721.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0059-05

Abstract： In this paper， the possible risk of subsynchronous resonance after the new operation of three SVGs in Hetian Power Grid is studied. The main contents include： line and unit parameter check， photovoltaic station and photovoltaic station SVG modeling， new operation SVG model and characteristic research， full electromagnetic modeling and oscillation risk simulation and analysis in Hetian area. In this study， the Time Domain Simulation Method is used to study the risk of subsynchronous oscillation in Hetian Power Grid.

Keywords： SVG （Static Var Compensator）; full electromagnetic simulation; risk of subsynchronous oscillation

前言

為解決和田地區(qū)電網(wǎng)冬季電采暖負(fù)荷增長的需求，提升莎車-和田750千伏和葉城-皮山220千伏斷面下網(wǎng)輸電能力，計劃在220千伏皮山變、洛浦變、于田變的35千伏側(cè)各配置一套SVG，容量為±52Mvar。鑒于和田電網(wǎng)光伏并網(wǎng)比例高，需對配置SVG后振蕩風(fēng)險開展分析。

本研究采用時域仿真法，是通過電磁暫態(tài)仿真程序PSCAD[1-3]，建立包括光伏站、光伏站SVG、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、發(fā)電機(jī)和新投運(yùn)SVG在內(nèi)的仿真系統(tǒng)。通過時域求解的方法模擬系統(tǒng)故障或擾動過程，觀察系統(tǒng)狀態(tài)量[4-5]，判斷是否存在次同步諧振問題，研究電網(wǎng)次同步振蕩風(fēng)險。

1 和田地區(qū)全電磁暫態(tài)建模

1.1 交流電網(wǎng)電磁暫態(tài)建模

為更精確地建立和田電網(wǎng)全電磁模型，校核了所收資的線路參數(shù)和主變參數(shù)。根據(jù)校核后參數(shù)，在PSCAD軟件中建立了和田地區(qū)電網(wǎng)全電磁交流網(wǎng)絡(luò)（圖1）。

1.2 開關(guān)器件換流器和平均值換流器的一致性研究

因和田地區(qū)光伏站數(shù)量多，若換流器采用開關(guān)元件建模仿真效率太低，本研究采用基于等效受控電壓源和電流源的平均值建模。

為驗(yàn)證基于等效受控源的平均值建模換流器同開關(guān)器件在電磁暫態(tài)仿真中的一致性，首先建立了基于開關(guān)器件換流器的光伏并網(wǎng)單元，然后建立了同開關(guān)換流器參數(shù)一致的平均值換流器，最后對比了兩者在控制器指令躍變和交流故障時的響應(yīng)情況。圖2為基于開關(guān)器件的光伏并網(wǎng)單元，圖3為基于等效受控源的平均值的光伏并網(wǎng)單元，兩者控制部分一致。

基于開關(guān)器件換流器和平均值換流器的光伏并網(wǎng)單元參數(shù)如下，逆變器額定容量0.5MW;逆變器直流側(cè)額定電壓0.617kV;逆變器交流側(cè)額定電壓0.315kV;直流電容7560μf;交流側(cè)濾波器LCL型濾波器，L1=100μh，C（角

型）=200μf，L2=20μh;并網(wǎng)變壓器額定電壓/容量/阻抗，38.5kV±2*2.5/0.315/0.315，1MVA，6.43%;控制器基準(zhǔn)容量0.5MVA，基準(zhǔn)電壓0.315kV及38.5kV。

當(dāng)逆變器采取定直流側(cè)電壓、定無功功率控制時，設(shè)定控制器指令如下，無功指令初始值為-0.3MVar，逆變器直流側(cè)輸入有功功率在0～1s為0.4MW，1s～2s降低為0.1MW， 2s～3s升至0.5MW。開關(guān)器件換流器和平均值換流器響應(yīng)對比結(jié)果如圖4-圖9所示。

（有名值，PmS為詳細(xì)模型，PmA為平均值模型）

圖4 輸出有功曲線

當(dāng)逆變器采取定交流側(cè)電壓、定有功控制時，設(shè)定有功指令初始值為0.5MW，光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓指令為0～1s為1p.u.，1s～2s為0.95p.u.，2s～3s為1p.u.（如圖10-15）。

在逆變器采取定交流側(cè)電壓、無功功率控制時，設(shè)定1s時刻逆變器升壓變低壓側(cè)發(fā)生單相接地故障，0.1s后故障消失（如圖16-19）。

通過以上對比結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)基于等效受控源的換流器模型具有和開關(guān)換流器模型基本一致的響應(yīng)，因此，可以作為本研究的光伏并網(wǎng)換流器模型。

2 電磁暫態(tài)仿真分析與仿真結(jié)果

根據(jù)多個新能源并網(wǎng)工程次同步振蕩研究結(jié)果，同步機(jī)開機(jī)越少、網(wǎng)架越弱、光伏出力越小、負(fù)荷越小，次同步振蕩的風(fēng)險較大。

因此安排開機(jī)小方式，即波波娜2機(jī);分別考慮小負(fù)荷30萬，大負(fù)荷53萬?？紤]新投運(yùn)SVG不同控制模式和控制參數(shù)?？紤]不同的光伏站控制模式、控制參數(shù)、光伏并網(wǎng)容量（光伏出力分別考慮20%和70%）。

仿真分析方法為，在所安排的不同方式下，時域仿真進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時，在某220kV母線上設(shè)置一個單相經(jīng)阻抗接地，觀察系統(tǒng)狀態(tài)量是否激發(fā)出振蕩。

2.1 在光伏站參數(shù)組1下仿真結(jié)果

光伏站外環(huán)PI控制器控制參數(shù)取Ti=0.1，Kp=0.5，在波波娜水電站開2機(jī)，負(fù)荷考慮小負(fù)荷30萬和大負(fù)荷53萬，光伏考慮20%出力和70%出力的方式下仿真結(jié)果如表1。

2.2 在光伏站參數(shù)組2下仿真結(jié)果

光伏站外環(huán)PI控制器控制參數(shù)取Ti=0.05，Kp=0.5，在波波娜水電站開2機(jī)，負(fù)荷考慮小負(fù)荷30萬和大負(fù)荷53萬，光伏考慮20%出力和70%出力的方式下仿真結(jié)果如表2。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 研究條件

針對和田地區(qū)次同步振蕩風(fēng)險分析中，主要考慮風(fēng)險較大的一些方式。安排開機(jī)小方式，即波波娜2機(jī);分別考慮小負(fù)荷30萬，大負(fù)荷53萬。考慮新投運(yùn)SVG不同控制模式和控制參數(shù)。考慮不同的光伏站控制模式、控制參數(shù)、光伏并網(wǎng)容量（光伏出力分別考慮20%和70%）。

3.2 結(jié)論

根據(jù)所安排方式和仿真結(jié)果，在較為合適的光伏站參數(shù)下，和田地區(qū)全電磁暫態(tài)分析中存在次同步振蕩風(fēng)險的方式為750通道和220通道雙線檢修方式。

而且，根據(jù)仿真得出以下結(jié)論：

交流網(wǎng)架越強(qiáng)，次同步振蕩風(fēng)險減弱。

在同一系統(tǒng)運(yùn)行方式下，對于新投三臺SVG，定無功控制模式比定電壓控制模式次同步振蕩風(fēng)險小;SVG響應(yīng)速度慢的控制參數(shù)比響應(yīng)速度快的控制參數(shù)次同步風(fēng)險小。

光伏站并網(wǎng)規(guī)模越大，次同步振蕩風(fēng)險較大;在相同的并網(wǎng)容量下，光伏站出力越小，次同步振蕩風(fēng)險較大。

光伏站光伏并網(wǎng)單元內(nèi)外環(huán)控制參數(shù)配置不合適情況下，次同步振蕩風(fēng)險較大。

和田地區(qū)負(fù)荷越大，次同步振蕩風(fēng)險越小。

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