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5.2采用FACTS装置
针对传统火电机组的SSR问题,以静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)为代表的并联型FACTS装置,以及以可控串补(TCSC)为代表的串联型FACTS装置已经成功应用于工程实际。文献[38]对SVC和TCSC,文献[39]对TCSC和晶闸管控制串联电容器(GCSC),抑制风电场的SSCI的控制策略分别进行了分析,并验证了当系统发生大扰动时,其对SSCI的阻尼效果。
采用FACTS装置抑制SSCI,既可以依托于FACTS装置原有的主要控制功能,采用附加控制的方式[40],又可以采用专门的SSCI阻尼控制策略。该方法具有响应速度快,抑制效果好的优点,但投资较大,控制较复杂。
5.3安装阻塞滤波器或旁路滤波器
与抑制火电机组引发的SSR类似,在输电线路上装设阻塞滤波器能够阻断谐振电流的流动,避免SSCI的发生。在固定串补上并联旁路滤波器也能抑制SSCI,其结构如图6所示,其原理是调整L、C、R的参数使其在工频状态下发生并联谐振,则工频电流不通过旁路滤波器;当电路中有谐振电流时,旁路滤波器呈现小阻抗,谐振电路流经旁路滤波器,相当于在系统串入了电阻R,进而增加了系统的阻尼[13]。
图6旁路滤波器
5.4合理安排系统运行方式和风电机组的比例
SSCI多发生在风电仅通过固定串补送出的情况下,并且其是否发生与系统的运行方式相关。因此,在规划系统运行方式时,可以基于风电场的详细的电磁暂态模型,仿真分析各个运行方式下系统发生SSCI的可能性,尽可能避免有可能引发SSCI的运行方式出现。
此外,文献[16]研究结果表明,永磁同步型风电机组不会引发SSCI问题,而且能够提供正阻尼,在一定程度上抑制DFIG的SSCI[16]。合理安排DFIG和永磁同步型风电机组所占的比例,能够在一定程度上缓解SSCI问题。
需要指出的是,上述措施只是在理论层面具有可行性,目前还没有应用到实际工程中,实际效果还需进一步分析验证。
6研究展望
预计到2020年,我国风电总装机容量将超过2亿kW,其中海上风电装机容量达到3000万kW,风电年发电量达到3900亿kW时,风电发电量在全国发电量中的比重超过5%[41],由此而引发的次同步振荡尤其是SSCI问题值得关注。风力发电系统的结构、并网方式与传统火电机组有很大的区别,以往的针对火电机组SSR问题的建模、机理以及抑制方法还不能直接应用于风力发电机组的分析中。未来在如下几个方面亟待深入研究。
(1)SSCI发生机理的进一步分析。现在的研究普遍认为发生SSCI时变流控制器感受到转子电流变化后会调节逆变器输出电压,引起转子中实际电流的改变。上述结论只是针对单台风力发电机组与固定串补作用时的定性分析,没有考虑实际中多台风力发电机组相互作用的影响,也没有定量得到导致SSCI的关键参数[42]。
(2)SSCI分析方法的优化改进。现有文献多采用特征值法对SSCI问题进行分析。但实际上由于变流器等电力电子装置电磁暂态模型较难建立,许多研究的特征值分析使用变流器的准稳态模型,造成分析不准确。另外,特征值法计算量大,存在严重的“维数灾”问题,对于实际的大型风电场多个机组的情况较难推广应用[43,44]。因此,能够适用于工程实际的一套SSCI问题分析方法还有待探索。
(3)风电与火电捆绑送出方式下的次同步振荡相关问题研究。风电的波动性特点决定了风电难以单独远距离输送,需要与一定规模的火电打捆经串补或者HVDC送出[45,46]。经固定串补送出时,不但会引发风电机组的SSCI,还可能会引发常规火电机组的SSR。经HVDC送出时,如果火电机组与HVDC换流站电气距离较近,会存在发生SSTI的危险[47,48]。此时的风电、火电机组的次同步振荡问题将变得十分复杂,其发生机理、二者如何相互影响以及采用何种方法抑制等诸多问题均有待深入分析研究。
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