徐大鹏 宋磐 牛远方 朱子钊
（山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013）
摘要：本文以南方电网百色串补为研究对象，先对电网采用静态等值法进行等值简化，然后采用时域仿真法进行次同步谐振分析，并通过TCSC主电路参数的选择和基于相位补偿法的TCSC附加阻尼控制器设计来有效抑制次同步谐振。
关键词：晶闸管控制的串联电容补偿器(TCSC) 次同步谐振(SSR) 相位补偿法 次同步阻尼控制器(SSDC)
1 引言
随着我国大区域电网的形成和特高压直流输电系统的广泛应用，交直流混合输电已成为必然趋势，对含有串补的交直流混合输电系统进行次同步谐振问题的研究，以确保电网的安全稳定运行具有重要的意义。我国正处在电力发展的高峰期，大型汽轮机采用多级汽缸串联布置的结构，能否避免串补所带来的次同步谐振对汽轮机轴系的损坏问题，将关系到我国电网运行的安全性和稳定性问题。TCSC是串联补偿装置的一种，作为柔性交流输电系统（FACTS）家族中重要的一员，TCSC用于抑制次同步谐振(SSR)的研究一直得到学术界和工程界的重视[1]。本文针对百色串补周边电网进行系统等值和简化，采用时域仿真分析法对次同步谐振问题进行风险评估，并用TCSC来代替部分固定串补，通过TCSC主电路参数的选择和控制器的设计来达到抑制次同步谐振的目的。
2 百色串补及待研究机组的选择
(1) 百色串补
作为南方电网西电东送建设的天广四回工程的重要配套项目，百色固定串补工程按线路电容50%串补度分别在500kV天广四回罗百线上安装670MVar线路串补装置，在天广三回马百线上安装542MVar线路串补装置。百色串补仅经过罗平变电站就可与滇东大型火电机组相连且距离较近。
(2) 待研究汽轮机组的选择
与百色串联补偿装置距离较近的且容量较大的机组是滇东电厂，地处云南曲靖市富源县黄泥河镇，一期建设4台600MW火电机组,于2006～2007年建成投产。
(3) 轴系模型
在PSCAD／EMTDC中研究次同步谐振问题进行时域仿真时，需要填写发电机轴系的相关参数，具体参数如表1所示。
表1 滇东电厂发电机组轴系数据
图1 含百色串补的等值系统图
采用静态等值法对百色受端的交流网络进行等值。从系统中某一点向系统看，都可以把系统等价为一个电势源E经传输线电抗x（忽略传输线电阻）向节点供电的一个单机系统。将南方电网需要等值的部分，从百色变电站看进去，根据静态等值法计算步骤，取平均值得到：E =533.0516 kV，θ=-0.05771 rad， =23.45Ω。
4 次同步谐振风险评估
本文采用时域仿真分析法来对南网次同步谐振进行风险评估。仿真设置为：系统进入稳态后，在罗平母线处加一0.08s三相短路故障，仿真时间为5s。当百色串补在罗百线上的串补度分别为50％和60％时，滇东电厂汽轮机组的轴系扭矩时域仿真结果分别如图2和图3所示。
图3 罗百线串补度为60％时发电机中、低压缸连接轴暂态转矩响应
从时域仿真结果可以看出，当百色串补在罗百线上的串补度为50％时，系统的扰动激发了滇东电厂汽轮机组的轴系扭振后，不会引起机组轴系各质块之间的扭矩放大现象；当百色串补在罗百线上的串补度为60％时，系统的扰动激发了滇东电厂汽轮机组的轴系扭振后，并引起机组轴系各质块之间的扭矩明显放大现象，此运行方式有发生次同步谐振的危险。
5 次同步谐振的抑制策略
(1) TCSC主电路参数的选择
待研究系统是串补度为60%的固定串补输电系统，将线路上所有串补换成可控串补是不必要的，存在部分固定串补时，TCSC的效用会增加。在大多数应用情况下，可控容抗和固定容抗之比为0.05～0.2，本文现用补偿度为50%的固定串补和补偿度为10%的可控补偿来代替，串补结构如图4所示。
设计时，需要得到SSDC输入与电磁转矩之间的传递函数，并计算其在所需要补偿频率处的相位，然后通过经典控制理论中的超前、滞后校正方法将此相位补偿，便可以有效抑制次同步谐振。本文TCSC抑制SSR的附加次同步阻尼控制器设计是通过取能够反映发电机轴系扭振信息的转子角速度 作为输入信号，换算成标幺值后算出与稳态值的偏差，经过带通滤波器、比例增益、相位补偿及限幅环节后将附加控制器的输出信号加上原TCSC的触发角信号，再加到晶闸管触发脉冲发生装置上，控制器结构如图5所示。
图5 TCSC附加SSDC的基本原理
仿真设置为：系统进入稳态后，在罗平母线处加一0.08s三相短路故障，在6s投入控制器，仿真时间为16s。滇东电厂汽轮机组的轴系扭矩以及发电机转子角速度的时域仿真结果如图6所示。
由仿真结果可以看出，系统的扰动使发电机轴系各质块间的扭矩发生明显的放大现象，投入控制器后谐振现象被迅速地抑制下来。
图6 发电机中压缸与低压缸连接轴暂态转矩响应
6结论
本文对含有串补的交直流混合输电系统进行了次同步谐振的相关研究，针对发生次同步谐振现象的运行方式，用TCSC来代替部分固定串补，通过TCSC主电路参数的选择和基于相位补偿法的TCSC附加阻尼控制器设计来达到抑制次同步谐振的目的。通过PSCAD/EMTDC的仿真验证，此措施对抑制含串补的交直流混合输电系统的次同步谐振的效果明显。
参考文献
[1]韩光,童陆园等.TCSC抑制次同步谐振的机理分析[J].电力系统自动化,2002,1,25:18-22.
[2]王海风,毕胜春,李 捷.设计灵活交流输电稳定器的相位补偿法(II):多机电力系统[J].控制与决策,1998,13(5):568-571.
论文作者:徐大鹏, 宋磐, 牛远方,朱子钊
论文发表刊物:《电力设备》2015年7期供稿
论文发表时间:2016/2/15
标签：谐振论文; 百色论文; 系统论文; 机组论文; 时域论文; 抑制论文; 相位论文; 《电力设备》2015年7期供稿论文;