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由于我国电力工业大容量、远距离、跨区域输电要求的提出,电力系统中交流串补线路及高压直流输电线路的应用越来越广泛,在带来巨大经济效益的同时,也可能激发系统次同步振荡(SSO),给系统的安全稳定运行带来隐患。因此,研究交直流系统次同步振荡产生的机理及其抑制措施具有显著的工程价值和现实意义。本文在详细阐述电力系统次同步振荡机理的基础上,以复转矩系数法为研究方法,研究了发电机励磁控制系统和典型FACTS装置对次同步振荡的抑制作用。主要研究内容如下:
(1)在评价各分析方法优劣的基础上将复转矩系数法作为本文的主要研究方法,对复转矩系数法的原理进行了详尽的数学描述,给出了复转矩系数法的具体判据以及适用范围,形成了一套适用于分析次同步振荡问题的具体实现方法,并通过IEEE次同步谐振第一标准测试系统验证了其正确性。
(2)以IEEE次同步谐振第一标准测试系统为例,分别用特征值分析法和复转矩系数法研究了励磁控制系统对系统SSR的影响,在所得结论的基础上根据相位补偿原理分别设计了串联结构和并联结构的PSS用以对SSR提供阻尼作用,取得了良好的抑制效果。
(3)以TCSC、SVC、STATCOM这三种典型FACTS装置为例,详细阐述了它们抑制SSR的机理,并在此基础上对SVC、STATCOM的控制器及其参数进行了相应设计,以IEEE次同步谐振第一标准测试系统为例,验证了这三种FACTS装置对SSR的抑制效果。同时,给出了用TCSC抑制SSR时可能导致轴系扭振主频率点偏移的结论。
(4)详细阐述了由HVDC的控制器引发直流系统SSO的机理,研究了不同网络结构和直流控制器参数对SSO的影响,根据相位补偿原理设计了次同步阻尼控制器,对SSO取得了良好的抑制效果。
(5)构建了一个交直流并联输电系统的实例,在此基础上对交直流并联系统中HVDC线路和交流串补线路与系统电气阻尼的关联程度进行了研究,得到了主导交直流并联系统电气阻尼特性的因素,并针对其特点对SSO抑制方法进行了初步探索。