SEDC+14MvarSTATCOM次同步諧振抑制方案效果驗證

史磊

摘要：奉節電廠裝機容量為2×600MW，接入重慶電網九盤站，其近區電網同時包含串補裝置和直流輸電系統，導致發生次同步振蕩的可能性進一步增加。這種電氣-機械共振現象，可能導致發電機組轉子軸系發生扭轉振蕩，影響轉子的機械性能和壽命，嚴重時可能在短時間內導致軸系的斷裂，造成重大事故，嚴重破壞電力系統的安全穩定運行。本文闡述了國內最新聯合抑制方案實施及效果驗證。

關鍵字：次同步諧振;抑制 SEDC（附加勵磁阻尼控制） STATCOM（靜態同步補償器）

一、電廠概況

機組以500kV一級電壓接入系統，出線2回接入九盤500kV變電站。2臺主變均采用三相變。500kV系統采用3/2斷路器接線。發電機與主變壓器之間采用全連式自冷離相封閉母線連接。2臺機組發電機出口均采不裝設斷路器，兩臺機組共設1臺起動/備用變壓器，電源從廠內500kV配電裝置引接。500kV配電裝置共3回進線（2回主變、1回起/備變），2回出線。

二、次同步諧振產生的原因分析

根據中國電力科學研究院有限公司《華電國際奉節發電廠增加次同步振蕩抑制裝置專題研究》報告，奉節電廠主要存在以下次同步諧振/振蕩的風險：

（1）渝鄂交流同步聯網方式的次同步諧振特性

在渝鄂交流同步聯網、盤龍線單線帶單回串補運行方式下，以及萬盤線全退、盤龍線雙線帶單回串補運行方式下，存在次同步諧振風險。

（2）渝鄂直流異步聯網方式的次同步振蕩特性

渝鄂聯網輸電系統在渝鄂直流異步聯網方式、奉節串補停運或投運方式的次同步振蕩特性與常規直流類似。在九盤-萬縣聯網方式下，奉節電廠沒有出現次同步振蕩現象;而在九盤孤島方式或220kV弱聯網方式下，奉節電廠面臨次同步振蕩問題。由于柔直系統可以采用孤島方式供電，因此需考慮柔直孤島成為一種正常的系統運行方式。柔直孤島的次同步振蕩風險不能忽略。

三、SEDC+14MVA? STATCOM聯合抑制方案工作原理

SEDC 是抑制次同步振蕩的有效措施之一，相對于屬于一次側控制的STATCOM靜止無功補償裝置，SEDC屬于二次側控制，具有價格便宜、能耗小，靈活性強的優點。用于抑制系統次同步振蕩的SEDC的設計，其主要思想類似于PSS抑制系統低頻振蕩。在檢測到發電機組的軸系扭振時，SEDC對檢測到的軸系扭振信號進行適當的移相和放大，輸出控制信號疊加在勵磁調節器控制信號上，在勵磁電壓上產生次同步頻率分量，相應在勵磁繞組中產生次同步頻率電流分量，在機組軸系上附加次同步頻率轉矩，通過配置合適的控制參數，該阻尼轉矩可削弱或抑制機組次同步振蕩。

SEDC設計基本思路是，選取發電機轉速偏差作為SEDC的輸入信號，向發電機的勵磁調節系統注入機組勵磁系統附加電壓參考信號USEDC，進而改變發電機的勵磁電流從而達到抑制發電機的次同步振蕩的目的。

SEDC作為一種二次附加控制，可以單獨抑制穩態情況下的次同步振蕩，但無法完全抑制系統受大擾動后激發產生的次同步振蕩。其主要原因在于，SEDC的輸出信號受限幅環節的限制。為防止發電機機端電壓波動過大，以及勵磁變壓器及勵磁控制器本身容量的限制，限幅環節的頂值相應受限，因此SEDC抑制次同步振蕩的能力受到了限制。

SEDC不能單獨作為次同步振蕩抑制措施，可以作為次同步振蕩抑制輔助措施，SEDC應考慮和其它措施配合使用，以達到更好的抑制次同步振蕩的效果。因此，提出SEDC+STATCOM聯合抑制方案，該方案的原理框圖如下。

四、SEDC+14MVA? STATCOM聯合抑制方案靜態試驗結果

1、 SEDC裝置試驗結果

安裝后進行增益和移相參數試驗，獲得#1機組模態1、模態2、模態3的模態衰減系數及其與無SEDC抑制的比較如圖2。

激發-抑制試驗的主要目標是優化和驗證SEDC控制參數的有效性。在激勵條件下，模態1轉速達到0.2rad/s。退出激勵后，在軸系自身阻尼條件下的模態衰減情況如藍色曲線所示;在SEDC抑制條件下的模態衰減情況如紅色曲線所示，衰減速率明顯加快。在激勵條件下，模態2轉速達到0.15rad/s。激勵退出后，在軸系自身阻尼條件下的模態衰減情況如藍色曲線所示;在SEDC抑制作用下的模態衰減情況如紅色曲線所示，投入SEDC抑制后，衰減加快。在激勵條件下，模態3轉速達到0.07rad/s。激勵退出后，在軸系自身阻尼條件下的模態衰減情況如藍色曲線所示;在SEDC抑制作用下的模態衰減情況如紅色曲線所示，投入SEDC抑制后，衰減速率有所提高。

采用優化后的SEDC增益移相參數，進行自激發-抑制試驗，獲得的模態衰減系數數值及抑制效果對比圖均表明SEDC參數優化后，能夠提高機組阻尼水平，有效加快次同步諧振收斂速度。

2、 STATCOM裝置試驗結果

安裝后進行增益和移相參數試驗，先以0.1hz為步長搜尋模態頻率大致位置（模態1 = 11hz，模態2 = 19.44，模態3 = 21.38），然后再用0.01hz進一步確認模態頻率。STATCOM運行穩定后，分別使能模態1、2、3抑制功能，觀察模態1、2、3瞬時值和峰值、轉速信號。修改模態移相角，尋找激發角范圍，觀察記錄數據。分析數據表明，當電網發生次同步諧振的情況下，裝置能夠有效的補償頻率，從而起到抑制諧振作用。

五、結束語

SEDC+STATCOM聯合抑制方案降低了一次設備STATCOM的容量，減小了在發生振蕩時注入系統的補償電流，也降低了產生的諧波電流流入系統，從而進一步降低了對系統的影響。當STATCOM某個或部分電力電子模塊發生故障后會導致STATCOM退出運行后，SEDC還能提供部分的次同步振蕩抑制能力：

（1）能夠在某些不嚴重的次同步振蕩工況下達到完全抑制的次同步振蕩的效果。

（2）在嚴重的次同步振蕩工況下，SEDC雖然不能完全抑制次同步振蕩，但是也能提供部分的次同步抑制效果，延緩TSR切機動作時間，能夠給調度部門更充裕的時間來實現方式的變化進而消除次同步振蕩。

綜上所述，SEDC+14MvarSTATCOM聯合抑制方案能夠完全抑制電網次同步諧振對發電機組的影響，有效的保證了發電機組與電網的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]中國電力科學研究院有限公司《華電國際奉節發電廠增加次同步振蕩抑制裝置專題研究》報告