團隊介紹

華北電力大學(xué)“多能源系統(tǒng)優(yōu)化與穩(wěn)定技術(shù)研究”研究團隊，負(fù)責(zé)人為趙書強教授，團隊現(xiàn)有成員8人，其中教授2人（博導(dǎo)1人）、副教授2人、講師4人，6人具有博士學(xué)位。團隊主要研究方向為：電力系統(tǒng)分析與控制、電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性、新能源電力系統(tǒng)。團隊近5年承擔(dān)國家級、省部級以及企事業(yè)單位委托科技項目30余項，其中國家重點研發(fā)計劃子課題2項，國家自然科學(xué)基金2項，河北省自然科學(xué)基金3項；在國內(nèi)外重要期刊發(fā)表被SCI/EI檢索論文100余篇；出版學(xué)術(shù)專著2部，授權(quán)發(fā)明專利20余項。

團隊成員曾獲省部級科技、教學(xué)成果獎勵10人次。其中，項目“電力系統(tǒng)振蕩的在線辨識與廣域自適應(yīng)控制”獲2017年度河北省科學(xué)技術(shù)獎（技術(shù)發(fā)明獎）一等獎，研究成果已用于指導(dǎo)工程實際。團隊研發(fā)的“電力系統(tǒng)諧波分析軟件包”、“輸配電系統(tǒng)可靠性分析評估系統(tǒng)”、“電網(wǎng)穩(wěn)定裕度分析軟件”、“負(fù)荷預(yù)測與分析系統(tǒng)”、“高壓直流輸電保護定值整定系統(tǒng)”等科研成果獲得了實際應(yīng)用。

趙書強，教授，博士生導(dǎo)師，河北省優(yōu)秀教師，現(xiàn)任華北電力大學(xué)電力工程系黨委書記。中國電機工程學(xué)會高級會員，河北省光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院專家技術(shù)委員會副主任委員，中國電機工程學(xué)報、電工技術(shù)學(xué)報、電力系統(tǒng)自動化、電網(wǎng)技術(shù)等學(xué)術(shù)期刊審稿人。

高本鋒，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向為：直流輸電與FACTS技術(shù)、次同步振蕩分析與控制。主持國家自然基金項目1項，主持橫向課題10項，出版學(xué)術(shù)專著1部，發(fā)表被SCI/EI收錄期刊論文20余篇。2017年，獲河北省科學(xué)技術(shù)獎（技術(shù)發(fā)明獎）一等獎1項。

導(dǎo)語

本文針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補送出系統(tǒng)存在的次同步控制相互作用（SSCI）問題，提出一種應(yīng)用靜止同步串聯(lián)補償器（SSSC）抑制SSCI的等效正電阻控制策略。該策略使接入線路中的SSSC輸出與線路次同步電流同相位的同頻次同步電壓，通過SSSC在系統(tǒng)振蕩頻率下等效為正電阻以增大系統(tǒng)總電阻，進而保證系統(tǒng)總電阻處于正值區(qū)間，從而使系統(tǒng)免于誘發(fā)SSCI的風(fēng)險。

研究背景

現(xiàn)有針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補送出系統(tǒng)的SSCI問題已提出諸多解決方案。

一方面，通過優(yōu)化風(fēng)電機組控制器參數(shù)改善系統(tǒng)在振蕩頻率下的弱阻尼特性；其次，通過在風(fēng)電機組換流器控制中附加阻尼控制策略以抑制SSCI。針對風(fēng)電機組自身提出的解決方案具有一定的應(yīng)用價值，但目前投產(chǎn)運行的風(fēng)電機組數(shù)目眾多，工程改造成本較大。

另一方面，現(xiàn)有文獻報道利用并聯(lián)型FACTS裝置抑制SSCI的附加控制策略。受系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，抑制裝置注入電流存在分流稀釋現(xiàn)象，因而抑制效果有限。

然而，目前鮮有文獻研究串聯(lián)型FACTS抑制裝置，SSSC具有良好的控制靈活性，其在抑制火電次同步振蕩問題方面研究成果較多，同時世界首套單獨SSSC裝置已實現(xiàn)商業(yè)化運行，因此研究利用SSSC抑制風(fēng)電SSCI問題具有實際工程意義。

主要內(nèi)容及創(chuàng)新點

本文基于雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補送出系統(tǒng)的SSCI問題，首先分析了SSCI的發(fā)生機理，圖1為DFIG接入串補系統(tǒng)在次同步頻率下的等效電路，采用該等效電路求取了系統(tǒng)等值阻抗，并進行了合理簡化分析，見式（1）；得出了系統(tǒng)等值電阻小于0是導(dǎo)致系統(tǒng)受到擾動后引發(fā)SSCI的主要原因。其次，基于提升系統(tǒng)在振蕩頻率下電阻的思路，介紹了SSSC抑制SSCI的原理圖，如圖2所示。

然后，介紹了SSSC抑制SSCI的控制策略，提出了SSSC附加有源電阻控制（Supplementary Active Resistance Control, SARC）策略，并對SARC策略參數(shù)進行了設(shè)計。最后，基于河北沽源雙饋風(fēng)電經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)實際工程時域仿真模型，采用頻域及時域分析方法，仿真結(jié)果相互驗證了利用SSSC抑制SSCI的可行性及有效性。

圖1 DFIG接入串補系統(tǒng)在次同步頻率下的等效電路

公式1

圖2 SSSC抑制SSCI的原理

SSSC通過耦合變壓器串聯(lián)接入線路中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星形級聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，其整體控制策略包含基本控制策略和附加有源電阻控制（SARC）策略，如圖3所示。

圖3 SSSC抑制SSCI的整體控制策略

SARC基于線路電流反饋信號中的次同步電流分量生成同相位的次同步電壓參考信號，其工作原理及構(gòu)成如圖4所示，包括寬頻帶濾波器、相位校正環(huán)節(jié)及比例限幅3部分。

圖4 SARC的構(gòu)成及原理

為了避免抑制初始時刻直流電容電壓波動較大并同時有效抑制SSCI，本文通過大量的數(shù)字仿真，選取系統(tǒng)在最惡劣的運行工況下，能夠抑制SSCI的最小增益Ku作為設(shè)定值。

下面對不同風(fēng)速變化、串補度變化條件驗證SSSC抑制SSCI的有效性。

圖5 不同風(fēng)速下頻域及時域仿真結(jié)果

上述仿真結(jié)果表明，在低風(fēng)速工況下發(fā)生SSCI時，SSSC等效為正電阻抬升Req至正值區(qū)域，使系統(tǒng)不具備失穩(wěn)的條件。

圖6 不同串補度下頻域及時域仿真結(jié)果

上述仿真結(jié)果表明，較高串補度運行工況下，SSSC仍可有效抑制SSCI。SSSC的抑制效果受系統(tǒng)運行工況的影響較小，顯著增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

總結(jié)

基于雙饋風(fēng)電場與串補系統(tǒng)發(fā)生SSCI的機理，提出利用SSSC產(chǎn)生正電阻的附加有源電阻控制（SARC）策略。通過在網(wǎng)側(cè)增加次同步振蕩頻率下的電阻，確保系統(tǒng)具有正電阻而不具備發(fā)生SSCI的條件。結(jié)合實際工程模型，頻域及時域仿真結(jié)果驗證了該策略的可行性及有效性。

與現(xiàn)有的附加控制策略參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)運行工況適用性較差相比，SARC參數(shù)整定簡便，并且在多種運行工況下均具有較好的適用性，因而工程應(yīng)用性較強。

引用本文

高本鋒, 王飛躍, 于弘洋, 趙國亮, 邵冰冰, 趙書強. 應(yīng)用靜止同步串聯(lián)補償器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2020, 35(6): 1346-1356. Gao Benfeng, Wang Feiyue, Yu Hongyang, Zhao Guoliang, Shao Bingbing, Zhao Shuqiang. The Suppression Method of Wind Power Sub-Synchronous Oscillation Using Static Synchronous Series Compensator. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(6): 1346-1356.