SEDC+14MvarSTATCOM次同步谐振抑制方案效果验证

史磊

摘要：奉节电厂装机容量为2×600MW，接入重庆电网九盘站，其近区电网同时包含串补装置和直流输电系统，导致发生次同步振荡的可能性进一步增加。这种电气-机械共振现象，可能导致发电机组转子轴系发生扭转振荡，影响转子的机械性能和寿命，严重时可能在短时间内导致轴系的断裂，造成重大事故，严重破坏电力系统的安全稳定运行。本文阐述了国内最新联合抑制方案实施及效果验证。

关键字：次同步谐振;抑制 SEDC（附加励磁阻尼控制） STATCOM（静态同步补偿器）

一、电厂概况

机组以500kV一级电压接入系统，出线2回接入九盘500kV变电站。2台主变均采用三相变。500kV系统采用3/2断路器接线。发电机与主变压器之间采用全连式自冷离相封闭母线连接。2台机组发电机出口均采不装设断路器，两台机组共设1台起动/备用变压器，电源从厂内500kV配电装置引接。500kV配电装置共3回进线（2回主变、1回起/备变），2回出线。

二、次同步谐振产生的原因分析

根据中国电力科学研究院有限公司《华电国际奉节發电厂增加次同步振荡抑制装置专题研究》报告，奉节电厂主要存在以下次同步谐振/振荡的风险：

（1）渝鄂交流同步联网方式的次同步谐振特性

在渝鄂交流同步联网、盘龙线单线带单回串补运行方式下，以及万盘线全退、盘龙线双线带单回串补运行方式下，存在次同步谐振风险。

（2）渝鄂直流异步联网方式的次同步振荡特性

渝鄂联网输电系统在渝鄂直流异步联网方式、奉节串补停运或投运方式的次同步振荡特性与常规直流类似。在九盘-万县联网方式下，奉节电厂没有出现次同步振荡现象;而在九盘孤岛方式或220kV弱联网方式下，奉节电厂面临次同步振荡问题。由于柔直系统可以采用孤岛方式供电，因此需考虑柔直孤岛成为一种正常的系统运行方式。柔直孤岛的次同步振荡风险不能忽略。

三、SEDC+14MVA  STATCOM联合抑制方案工作原理

SEDC 是抑制次同步振荡的有效措施之一，相对于属于一次侧控制的STATCOM静止无功补偿装置，SEDC属于二次侧控制，具有价格便宜、能耗小，灵活性强的优点。用于抑制系统次同步振荡的SEDC的设计，其主要思想类似于PSS抑制系统低频振荡。在检测到发电机组的轴系扭振时，SEDC对检测到的轴系扭振信号进行适当的移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，相应在励磁绕组中产生次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩，通过配置合适的控制参数，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。

SEDC设计基本思路是，选取发电机转速偏差作为SEDC的输入信号，向发电机的励磁调节系统注入机组励磁系统附加电压参考信号USEDC，进而改变发电机的励磁电流从而达到抑制发电机的次同步振荡的目的。

SEDC作为一种二次附加控制，可以单独抑制稳态情况下的次同步振荡，但无法完全抑制系统受大扰动后激发产生的次同步振荡。其主要原因在于，SEDC的输出信号受限幅环节的限制。为防止发电机机端电压波动过大，以及励磁变压器及励磁控制器本身容量的限制，限幅环节的顶值相应受限，因此SEDC抑制次同步振荡的能力受到了限制。

SEDC不能单独作为次同步振荡抑制措施，可以作为次同步振荡抑制辅助措施，SEDC应考虑和其它措施配合使用，以达到更好的抑制次同步振荡的效果。因此，提出SEDC+STATCOM联合抑制方案，该方案的原理框图如下。

四、SEDC+14MVA  STATCOM联合抑制方案静态试验结果

1、 SEDC装置试验结果

安装后进行增益和移相参数试验，获得#1机组模态1、模态2、模态3的模态衰减系数及其与无SEDC抑制的比较如图2。

激发-抑制试验的主要目标是优化和验证SEDC控制参数的有效性。在激励条件下，模态1转速达到0.2rad/s。退出激励后，在轴系自身阻尼条件下的模态衰减情况如蓝色曲线所示;在SEDC抑制条件下的模态衰减情况如红色曲线所示，衰减速率明显加快。在激励条件下，模态2转速达到0.15rad/s。激励退出后，在轴系自身阻尼条件下的模态衰减情况如蓝色曲线所示;在SEDC抑制作用下的模态衰减情况如红色曲线所示，投入SEDC抑制后，衰减加快。在激励条件下，模态3转速达到0.07rad/s。激励退出后，在轴系自身阻尼条件下的模态衰减情况如蓝色曲线所示;在SEDC抑制作用下的模态衰减情况如红色曲线所示，投入SEDC抑制后，衰减速率有所提高。

采用优化后的SEDC增益移相参数，进行自激发-抑制试验，获得的模态衰减系数数值及抑制效果对比图均表明SEDC参数优化后，能够提高机组阻尼水平，有效加快次同步谐振收敛速度。

2、 STATCOM装置试验结果

安装后进行增益和移相参数试验，先以0.1hz为步长搜寻模态频率大致位置（模态1 = 11hz，模态2 = 19.44，模态3 = 21.38），然后再用0.01hz进一步确认模态频率。STATCOM运行稳定后，分别使能模态1、2、3抑制功能，观察模态1、2、3瞬时值和峰值、转速信号。修改模态移相角，寻找激发角范围，观察记录数据。分析数据表明，当电网发生次同步谐振的情况下，装置能够有效的补偿频率，从而起到抑制谐振作用。

五、结束语

SEDC+STATCOM联合抑制方案降低了一次设备STATCOM的容量，减小了在发生振荡时注入系统的补偿电流，也降低了产生的谐波电流流入系统，从而进一步降低了对系统的影响。当STATCOM某个或部分电力电子模块发生故障后会导致STATCOM退出运行后，SEDC还能提供部分的次同步振荡抑制能力：

（1）能够在某些不严重的次同步振荡工况下达到完全抑制的次同步振荡的效果。

（2）在严重的次同步振荡工况下，SEDC虽然不能完全抑制次同步振荡，但是也能提供部分的次同步抑制效果，延缓TSR切机动作时间，能够给调度部门更充裕的时间来实现方式的变化进而消除次同步振荡。

综上所述，SEDC+14MvarSTATCOM联合抑制方案能够完全抑制电网次同步谐振对发电机组的影响，有效的保证了发电机组与电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1]中国电力科学研究院有限公司《华电国际奉节发电厂增加次同步振荡抑制装置专题研究》报告