交直流电力系统次同步振荡的仿真研究

论文总字数：21938字

摘 要

学号：16012520 学生姓名：赵磊

指导老师 ：赵欣

随着我国经济发展与产业结构不断升级，随之而来的是高度的机械化与自动化生产，能源消耗量也不断增大，东部沿海地区对于西部电能资源的需求也越来越大。大规模电力资源的跨省级跨区域输送成为我国电网正在面临的重要课题之一。因此高压直流输电技术凭借其线路输送容量大，网损小，远距离输电经济性好等优点被广泛应用于实际工程中。然而，由于高压直流技术的引入，由其引起的电力系统次同步振荡隐患也逐渐增多，危害电网的稳定运行，所以有必要对其机理与抑制方式加以研究。

本文以交直流电力系统次同步振荡的仿真为研究目标，重点针对由高压直流输电技术引起电力系统次同步振荡的相关内容。从故障发生机理入手，通过分析交直流电力系统的各部分模型，选取关键环节物理量，借助仿真软件MATLAB平台的仿真工具Simulink，在搭建交直流电力系统的同时观察次同步振荡发生情况。通过时域仿真法与频域对汽轮发电机轴系扭矩进行分析，从而得到并研究次同步振荡的现象与特点。之后研究常见的次同步振荡抑制方法，比较在不同线路阻抗，不同直流控制方式下的次同步振荡情况。

针对由于高压直流输电技术引起的次同步振荡，通过对于其产生机理的深入研究，解释了附加次同步振荡阻尼控制器(SSDC)的设计原理。使用时域仿真法结合试差法设计SSDC并进行仿真实验。仿真结果表明，参数设定恰当的SSDC能够在次同步频率范围内增加系统的电气阻尼，并抑制系统次同步振荡的发生，保证电力系统的安全稳定运行。

关键词：交直流混合电力系统；次同步振荡；MATLAB；时域仿真法；次同步阻尼控制器

Abstract

As the distribution of electric power and load is unbalanced in China,large capacity and long distance electricity transmission have been the characteristic of Chinese power grids.Taking the advantages of huge transmission ability,long distance,good economy ,highly controllable,little net loss,quick adjusting,HVDC has been widely used in many projects.However,it also poses threat to the safety of power system because HVDC may result in subsynchronous oscillation.so,it is necessary for us to study the problems of subsynchronous oscillation in AC-DC power systems.

. In this thesis,subsynchronous oscillation in AC-DC power systems and the damping of the effect are focused,the mechanism of subsynchronous oscillation caused by HVDC is analyzed in details.Knowing the mathematical model of major components required by AC-DC system,and based on the Simulink in Matlab,the paper established the accurate model of AC-DC power system.By means of time domain simulation method and frequency domain analysis,the phenomena and the characters of subsynchronous oscillation can be shown.Then,study about the damping method of subsynchronous oscillation,through comparing the results under different damping characteristics and controller .

On the basis of analyzing the mechanism of including SSO by HVDC transmission,the principle of attenuating SSO is expounded,and then based on the principle of phase compensation,a method to design SSDC according to the principle of phase compensation is proposed.The results of time domain simulation shows that under the appropriate proportional coefficient ,the electrical positive damping increases greatly.

Key words:AC-DC power systems;subsynchronous oscillation;MATLAB;time domain simulation;SSDC

目 录

第一章 绪论 1

1.1课程背景与意义 1

1.2.1次同步振荡问题的提出 2

1.2.2 HVDC引起的电力系统次同步振荡 2

1.2.3 次同步振荡的主要研究方法 2

1.3 本文的主要工作 4

第二章 交直流电力系统次同步振荡的时域建模 5

2.1仿真工具介绍 5

2.2 分析系统建模 5

2.3 次同步振荡时域仿真分析 10

2.4 本章小结 12

第三章 交直流系统次同步振荡分析 13

3.1 HVDC引起次同步振荡的机理 13

3.2 直流线路传输功率对系统SSO的影响 14

3.3 直流线路控制方式对系统SSO的影响 14

3.4 直流线路参数对系统SSO的影响 16

3.5 本章小结 17

第四章 常见的次同步振荡抑制方法 18

4.1 引言 18

4.2 SSO的常见抑制方法 18

4.3 SSDC抑制SS0的基本原理 19

4.4 SSDC的控制系统设计 20

4.4.1输入信号的选择 20

4.4.2 SSDC设计方案 20

4.4.3 SSDC的参数设定 20

4.5 SSDC抑制SSO的仿真 21

4.6 本章小结 23

第五章 结论 24

5.1 本文主要结论 24

致谢 25

参考文献： 26

第一章 绪论

1.1课程背景与意义

我国虽然地域辽阔，各类矿产，水力等一次能源丰富，但资源与负荷的分布并不平衡。相比于自然资源丰富西部地区，东部沿海较发达地区缺乏足够的发电资源，从一定程度上限制了进一步发展的上升空间。另一方面，用电需求量较小的西部地区却拥有着丰富的煤炭和水能资源。为了满足日益增长的能源需求和带动西部地区经济发展的目的，远距离和大容量输电是我们无法绕开的。

不同于过去的传统模式，要实现电能的大规模远距离传输，无论是输送手段还是控制技术都要求更为高效与灵活。在这其中高压直流输电技术和输电线路串联补偿作为最主要的两种手段凭借各自的优越性在实际工程中得到了广泛的应用。串联补偿技术通过将补偿装置串接于线路中，利用外加容抗补偿线路感抗的方式减小线路特性的阻抗与相位角，这样能够提高自然功率，不仅可以提高系统的静态稳定性还可以改善暂态稳定性。此外，伴随着FACTS装置技术和新型自动控制装置的不断投运，我国电力系统的线路输送容量得到进一步提升，潮流分布得到优化，系统稳定性也有所改善。

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