【精选100秒】太原理工大学 邹仁凯,陈武晖,张庚午,等:优化关键参数,缓解 LCC-HVDC与耦合直驱风电场的强迫次同步振荡

直驱风电场耦合到电网换相换流器高压直流输电交流母线的应用场景增多，高压直流两端异步联网系统频率调制会产生在次同步频率范围内时变的间谐波，这些间谐波会激励耦合风电场的次同步振荡模态，进而产生较严重的强迫次同步振荡问题。

本文以LCC-HVDC与耦合直驱风电场系统为研究对象，分析了耦合系统FSSO的产生机理，并据此提出一种缓解FSSO的参数优化策略，主要创新点如下：

1）推导了LCC-HVDC调制间谐波的产生机制与频率特征，并基于系统线性化状态方程，明确了间谐波与直驱风电场弱阻尼模态的耦合作用激励出系统各电气量强迫次同步振荡幅值的一般化解析式为

(1)

(2)

从上式可以看出间谐波幅值越大、间谐波频率越接近模态的振荡频率、模态阻尼越弱，FSSO期间状态变量的振荡幅值越大。

2）根据FSSO幅值的解析式，提出了缓解FSSO的参数优化目标：提升被激励次同步模态的阻尼；使被激励次同步模态的振荡频率尽可能远离间谐波的频率范围。参数优化过程中对受控制器带宽限制、频率无法移出间谐波范围的模态，重点提升其阻尼水平；对频率可调范围较大的模态，在提升阻尼的同时，将其频率主动偏移至间谐波范围之外。

图1  参数优化前后λ₁₍₂₎引起的振荡功率波形及频谱分析

图2  参数优化前后λ₃₍₄₎引起的振荡功率波形及频谱分析

3）为防止提升阻尼的同时损害风机的动态调节性能，本文在参数优化中兼顾故障穿越的动态特性，通过限定电压外环、电流内环、锁相环的控制器带宽，平衡系统的稳定性与动态响应能力。