大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究

1、大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究一、項(xiàng)目執(zhí)行情況二、合同完成程度三、主要完成內(nèi)容四、研究成果及成效主要內(nèi)容五、成果創(chuàng)新點(diǎn)及特色2014年1月，項(xiàng)目任務(wù)書(shū)下達(dá)，成立研究團(tuán)隊(duì)2013年3月，冀北電網(wǎng)收資；風(fēng)電場(chǎng)實(shí)地考察、收資并與風(fēng)機(jī)廠家交流。2014年8月，清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)赴德州農(nóng)機(jī)學(xué)院進(jìn)行了為期7天的訪問(wèn)并深入討論了項(xiàng)目?jī)?nèi)容。2014年10月，再次收集2014年次同步振蕩數(shù)據(jù)。德州農(nóng)機(jī)研究團(tuán)隊(duì)來(lái)到清華大學(xué)進(jìn)行訪問(wèn)并深入討論了項(xiàng)目研究進(jìn)展。2014年11月，撰寫(xiě)項(xiàng)目報(bào)告，總結(jié)研究成果，提煉創(chuàng)新點(diǎn)，完成預(yù)驗(yàn)收工作。工作開(kāi)展情況每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要側(cè)重研究每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要側(cè)重研究?jī)?nèi)容，突出研究成果內(nèi)容，

2、突出研究成果23研究任務(wù)冀北電網(wǎng)有限公司清華大學(xué)清華大學(xué)美國(guó)德州農(nóng)機(jī)學(xué)院美國(guó)德州農(nóng)機(jī)學(xué)院系統(tǒng)運(yùn)行及管理機(jī)理分析機(jī)理分析課題負(fù)責(zé)組織和協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)收集協(xié)調(diào)收集數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)機(jī)理分析感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)仿真復(fù)現(xiàn)PSCADPSCAD仿真復(fù)現(xiàn)仿真復(fù)現(xiàn)偵測(cè)方法PronyProny在線辨識(shí)方法在線辨識(shí)方法主成分分析法主成分分析法抑制措施驗(yàn)證特征值靈敏度分析法特征值靈敏度分析法示范應(yīng)用驗(yàn)證試運(yùn)行調(diào)試優(yōu)化調(diào)試優(yōu)化調(diào)試優(yōu)化調(diào)試優(yōu)化一、項(xiàng)目執(zhí)行情況二、合同完成程度三、主要完成內(nèi)容四、研究成果及成效主要內(nèi)容五、成果創(chuàng)新點(diǎn)及特色5合同完成情況合同規(guī)定的研究?jī)?nèi)容及預(yù)期成果實(shí)際完成情況研究?jī)?nèi)容預(yù)期成果取得的成果及創(chuàng)新特

3、色成果應(yīng)用情況及證明材料完成情況1 、 提 出次同步振蕩的快速偵測(cè)方法。通過(guò)基于主成分分析的 降 維 方 法 提 出 基PMU數(shù)據(jù)的快速在線偵測(cè)系統(tǒng)次同步振蕩方法，并利用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。為了快速、準(zhǔn)確地快速偵測(cè)出電力系統(tǒng)次同步振蕩，本項(xiàng)目從兩方面進(jìn)行了研究1.基于主成分分析的降維方法提出了快速偵測(cè)電力系統(tǒng)次同步振蕩的方法，該方法屬于來(lái)源于大數(shù)據(jù)理論，是一種非模型的研究方法，其特點(diǎn)是快速，適用于系統(tǒng)閉環(huán)策略的切換。最終利用實(shí)測(cè)次同步振蕩數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。2.完成了使用Prony方法辨識(shí)系統(tǒng)次同步振蕩的研究，該方法是一種模型辨識(shí)方法，其特點(diǎn)是準(zhǔn)確，適用于在線監(jiān)測(cè)次同步振蕩以及離線校核，最終

4、利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究報(bào)告全部完成6合同完成情況合同規(guī)定的研究?jī)?nèi)容及預(yù)期成果實(shí)際完成情況研究?jī)?nèi)容預(yù)期成果取得的成果及創(chuàng)新特色成果應(yīng)用情況及證明材料完成情況2 、 分 析大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的引起的次同步振蕩機(jī)理?；跇O點(diǎn)靈敏度基本方法研究控制器參數(shù)影響電力系統(tǒng)次同步振蕩的機(jī)理，并在不同風(fēng)速和不同串聯(lián)補(bǔ)償度條件下，通過(guò)時(shí)域仿真方法驗(yàn)證。1、基于極點(diǎn)靈敏度基本方程中的留數(shù)和反饋控制器靈敏度的相位和及幅值積，判定控制器參數(shù)增加對(duì)次同步振蕩模式的影響。2、通過(guò)PSCAD及Matlab-Simulink仿真不同風(fēng)速和不同串聯(lián)補(bǔ)償度條件下風(fēng)機(jī)控制器參數(shù)對(duì)次同步

5、振蕩的影響。大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究報(bào)告全部完成7合同完成情況合同規(guī)定的研究?jī)?nèi)容及預(yù)期成果實(shí)際完成情況研究?jī)?nèi)容預(yù)期成果取得的成果及創(chuàng)新特色成果應(yīng)用情況及證明材料完成情況3 、 研 究提高電力系統(tǒng)次同步振蕩穩(wěn)定性的措施。基于次同步振蕩的快速偵測(cè)技術(shù)和風(fēng)電機(jī)組影響系統(tǒng)次同步振蕩的機(jī)理分析，分別從風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)、電網(wǎng)三個(gè)層面提出相應(yīng)的提高次同步振蕩穩(wěn)定性的措施，通過(guò)時(shí)域仿真討論其在技術(shù)上的可行性。利用特征值靈敏度分析方法，分別從風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電廠、電網(wǎng)三個(gè)層面提出了風(fēng)電接入后的次同步振蕩的抑制措施。1.在風(fēng)電機(jī)組層面，與風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家進(jìn)行了問(wèn)題研討，向廠家闡述了電網(wǎng)側(cè)的分析結(jié)果及需求

6、，協(xié)助廠家對(duì)風(fēng)機(jī)控制策略進(jìn)行升級(jí)改造，從根本上消除次同步振蕩。2.在風(fēng)電場(chǎng)層面，提出了通過(guò)增加無(wú)源濾波器的方案以阻隔次同步振蕩的傳播。3.在電網(wǎng)層面，提出了通過(guò)修改串聯(lián)補(bǔ)償度的次同步振蕩抑制措施，保證了在次同步振蕩發(fā)生時(shí)風(fēng)力發(fā)電不脫網(wǎng)。大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究報(bào)告 及 大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究應(yīng)用證明全部完成8行號(hào)科目清華大學(xué)預(yù)算批復(fù)數(shù)累計(jì)支出預(yù)算結(jié)余1經(jīng)費(fèi)支出合計(jì)139.90126.48 13.42 2（一）直接費(fèi)用126.00120.655.3531、設(shè)備費(fèi)4（1）購(gòu)置設(shè)備費(fèi)5（2）試制設(shè)備費(fèi)6（3）設(shè)備改造與租賃費(fèi)72、材料費(fèi)83、測(cè)試化驗(yàn)加工費(fèi)94、燃料動(dòng)力

7、費(fèi)105、差旅費(fèi)19.0018.180.82116、會(huì)議費(fèi)15.0013.871.13127、國(guó)際合作與交流費(fèi)138、出版/文獻(xiàn)/信息傳播/知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)費(fèi)14.0013.680.32149、勞務(wù)費(fèi)48.0048.000.001510、專家咨詢費(fèi)15.0012.003.001611、其他支出15 14.92 0.08 17（二）間接費(fèi)用13.9 5.83 8.07 18其中：績(jī)效支出0.00 經(jīng)費(fèi)使用情況截止至結(jié)算日，該項(xiàng)截止至結(jié)算日，該項(xiàng)目資金經(jīng)費(fèi)支出情況為：目資金經(jīng)費(fèi)支出情況為：差旅費(fèi)差旅費(fèi)18.18萬(wàn)元、會(huì)議費(fèi)萬(wàn)元、會(huì)議費(fèi)13.87萬(wàn)元、出版萬(wàn)元、出版/文獻(xiàn)文獻(xiàn)/信信息傳播息傳播/知識(shí)產(chǎn)權(quán)

8、事務(wù)費(fèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)費(fèi)13.68萬(wàn)元、勞務(wù)費(fèi)萬(wàn)元、勞務(wù)費(fèi)48萬(wàn)元、萬(wàn)元、專家咨詢費(fèi)專家咨詢費(fèi)12、管理費(fèi)、管理費(fèi)5.83萬(wàn)元、其他費(fèi)用萬(wàn)元、其他費(fèi)用14.92萬(wàn)元，合計(jì)支出萬(wàn)元，合計(jì)支出126.48萬(wàn)萬(wàn)元，元，資金支出率資金支出率90.4%。一、項(xiàng)目執(zhí)行情況二、合同完成程度三、主要完成內(nèi)容四、研究成果及成效主要內(nèi)容五、成果創(chuàng)新點(diǎn)及特色10主要完成內(nèi)容提綱項(xiàng)目背景次同步振蕩數(shù)據(jù)初步分析風(fēng)機(jī)模型 & 次同步振蕩仿真復(fù)現(xiàn)PMU數(shù)據(jù)的可辨識(shí)性研究風(fēng)電次同步振蕩的偵測(cè)方法風(fēng)電次同步振蕩的機(jī)理分析風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施數(shù)據(jù)收集2013年8次 & 2014年1次頻率初步分析振蕩頻率 7Hz

9、or 43Hz ？雙饋機(jī)組的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型次同步振蕩的仿真復(fù)現(xiàn)PMU功率計(jì)算方法主成分分析法多信號(hào)Prony辨識(shí)法感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)機(jī)理控制器相互作用(極點(diǎn)靈敏度)特征值靈敏度方法阻波器阻隔法風(fēng)電場(chǎng)：阻隔次同步電流 電網(wǎng)：串聯(lián)補(bǔ)償度 風(fēng)機(jī)：控制器參數(shù)創(chuàng)新特色準(zhǔn)確模態(tài)分析離線控制、校核快速大數(shù)據(jù)&非機(jī)理閉環(huán)控制軸系振蕩機(jī)理111、項(xiàng)目背景冀北風(fēng)電次同步振蕩頻發(fā)l近期冀北電網(wǎng)沽源地區(qū)頻繁發(fā)生由于功率振蕩造成大量風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故，損失大量風(fēng)電出力l2013年8次，2014年9次（其中4次出現(xiàn)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故）2013年年6月月17日日8時(shí)時(shí)15分分-8時(shí)時(shí)28分沽源分沽源500kV變壓器有功功率變壓器

10、有功功率PMU實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)沽源沽源500kV變壓器三相電流錄波變壓器三相電流錄波121、項(xiàng)目背景美國(guó)德州電網(wǎng)2009年次同步振蕩事故l事故后果短時(shí)間(150ms)內(nèi)造成過(guò)電壓（達(dá)1.9p.u.）和過(guò)電流造成一條345kV線路停運(yùn)，變電站并聯(lián)高抗切除風(fēng)場(chǎng)大量風(fēng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作l事故分析雙饋風(fēng)機(jī)與串補(bǔ)電容發(fā)生了次同步諧振雙饋風(fēng)機(jī)控制器與串補(bǔ)電容的相互作用引起了次同步振蕩頻率的負(fù)電阻效應(yīng)，進(jìn)一步加劇了振蕩不穩(wěn)定三相電流三相電流三相電壓三相電壓131、項(xiàng)目背景l(fā)與德州電網(wǎng)單相接地故障引發(fā)的次同步振蕩不同，冀北電網(wǎng)幾次功率振蕩時(shí)并無(wú)故障發(fā)生，事故分析報(bào)告初步認(rèn)為與規(guī)模風(fēng)電通過(guò)串補(bǔ)送出時(shí)引起的次同步振蕩有關(guān)，該問(wèn)題

11、已經(jīng)嚴(yán)重影響沽源地區(qū)大規(guī)模風(fēng)電基地及外送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行l(wèi)本項(xiàng)目將結(jié)合冀北電網(wǎng)沽源地區(qū)的實(shí)際問(wèn)題，提出快速偵測(cè)電力系統(tǒng)次同步振蕩的方法，分析大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)次同步振蕩的影響機(jī)理，研究抑制風(fēng)電次同步振蕩的措施l提出快速偵測(cè)電力系統(tǒng)次同步振蕩的方法，深入分析大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)次同步振蕩的影響機(jī)理，研究提高電力系統(tǒng)次同步振蕩穩(wěn)定性的措施，對(duì)于全面認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)次同步振蕩問(wèn)題，提高電網(wǎng)消納大規(guī)模風(fēng)電的能力，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景142、冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的初步分析2.1 冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的收集l2013年8次SSOPMU主站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（采樣周期20m

12、s）；2014年1次PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)l2013年冀北電網(wǎng)年度運(yùn)行方式、BPA數(shù)據(jù)和系統(tǒng)接線圖l風(fēng)場(chǎng)子站PMU數(shù)據(jù)，錄波數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)等2013年年8次次SSO現(xiàn)象數(shù)據(jù)采集時(shí)間（現(xiàn)象數(shù)據(jù)采集時(shí)間（略大于實(shí)際持續(xù)時(shí)間略大于實(shí)際持續(xù)時(shí)間）152、冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的初步分析2.1 冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的收集l2013年8次SSOPMU主站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（采樣周期20ms）；2014年1次PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)l2013年冀北電網(wǎng)年度運(yùn)行方式、BPA數(shù)據(jù)和系統(tǒng)接線圖l風(fēng)場(chǎng)子站PMU數(shù)據(jù)，錄波數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)等2014年年9次次SSO；其中；其中4次有脫網(wǎng)事故發(fā)生次有脫網(wǎng)事故發(fā)生發(fā)生時(shí)間發(fā)生時(shí)間時(shí)間間隔時(shí)間間隔

13、(分鐘分鐘)是否有脫網(wǎng)是否有脫網(wǎng)備注備注1月月3日日16:356有冀北風(fēng)電出力由764MW降至654MW，脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)共計(jì)46臺(tái)，總?cè)萘?4MW，甩負(fù)荷36.16MW1月月16日日15:442有脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)共計(jì)9臺(tái)，總?cè)萘?1.75MW，甩負(fù)荷5.4MW2月月4日日11:142無(wú)2月月9日日20:242無(wú)2月月11日日19:135無(wú)2月月15日日01:443有冀北風(fēng)電出力由628MW降至584MW，脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)共計(jì)23臺(tái)，總?cè)萘?7.5MW，甩負(fù)荷19.97MW3月月9日日11:022無(wú)4月月25日日13:155有沽源主變負(fù)荷由115MW降至-16MW，諧振造成12家風(fēng)電場(chǎng)共555臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，脫網(wǎng)容量96

14、6.25MW，甩負(fù)荷64.95MW7月月6日日7:1117無(wú)162、冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的初步分析2.1 冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的收集(現(xiàn)象歸納)l頻率：各風(fēng)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)頻譜分析頻率接近l錄波瞬時(shí)值電流畸變嚴(yán)重，頻率為7Hz左右（該頻率表征了次同步頻率，即諧振頻率）；不同位置波形會(huì)有差異，瞬時(shí)值電壓畸變很小，未見(jiàn)明顯7Hz左右頻率分量l風(fēng)場(chǎng)PMU（10ms采樣周期）捕捉的功率振蕩頻率約43Hz，而冀北調(diào)度中心PMU主站捕捉的功率振蕩頻率約7Hzl風(fēng)場(chǎng)主變發(fā)出明顯的類似拖拉機(jī)發(fā)出的響聲，有時(shí)持續(xù)約10分鐘，明顯異于正常運(yùn)行的嗡嗡聲，主變未見(jiàn)明顯損傷，但會(huì)影響設(shè)備壽命172、冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)

15、的初步分析2.2 事故波形9號(hào)風(fēng)機(jī)A相電流有效值9號(hào)風(fēng)機(jī)有功功率有效值9號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率有效值5號(hào)母線（35kV）A相電壓有效值有效值182.2 事故波形FFT結(jié)果數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)名稱基波有效值基波有效值次同步分量有效值次同步分量有效值次同步頻率分量含量次同步頻率分量含量%9號(hào)風(fēng)機(jī)號(hào)風(fēng)機(jī)A相電流相電流/A33.4912.5537.479號(hào)風(fēng)機(jī)有功功率號(hào)風(fēng)機(jī)有功功率/MW1.6511.19372.269號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率/Mvar0.0041.191297.75*1025號(hào)母線（號(hào)母線（35kV）A相電壓相電壓/kV21.04670.036320.175號(hào)母線（號(hào)母線（220kV）A相電壓相

16、電壓/kV130.92450.5250.4子站數(shù)據(jù)（采樣時(shí)間10ms） 主導(dǎo)次同步頻率：42.4Hz主站數(shù)據(jù)（采樣時(shí)間20ms） 主導(dǎo)次同步頻率：7.6Hz數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)名稱基波有效值基波有效值次同步分量有效值次同步分量有效值次同步頻率分量含量次同步頻率分量含量%9號(hào)風(fēng)機(jī)號(hào)風(fēng)機(jī)A相電流相電流/A33.3612.6437.899號(hào)風(fēng)機(jī)有功功率號(hào)風(fēng)機(jī)有功功率/MW1.65091.19572.389號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率/Mvar0.00441.175267*1025號(hào)母線（號(hào)母線（35kV）A相電壓相電壓/kV21.04670.034470.16385號(hào)母線（號(hào)母線（220kV）A相電壓相電壓

17、/kV130.92530.51910.39652、冀北風(fēng)電次同步振蕩數(shù)據(jù)的初步分析 空氣動(dòng)力學(xué)模型 傳動(dòng)軸系統(tǒng)模型 槳距控制模型 雙饋電機(jī)模型 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器193、風(fēng)電機(jī)組模型3.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)23mpw23mpwt=0.5( ,)=0.5( ,)PCR VTCR V tmtgtgtgtggtgtgtgtgetgbtg()/2()/2()tgpTKDHpKDTHp ssssrrrsliprrbssssmrrmsrrrssbslipsgjj/RRpLLLLp IIIIIIUU 槳距控制模型drr drdrslipqrqrr qrqrslipdrslipmsssuR

18、ipiiuRipiiLL 203、次同步振蕩現(xiàn)象的仿真復(fù)現(xiàn)及分析3.2 仿真復(fù)現(xiàn)PCC現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)（沽沽源-唐太平雙回線）額定電壓額定電壓/kV額定電流額定電流/A電阻標(biāo)幺值電阻標(biāo)幺值電抗標(biāo)幺值電抗標(biāo)幺值線路線路I52530000.014220.19926線路線路II52530000.015060.2014仿真數(shù)據(jù)電機(jī)漏抗電機(jī)漏抗35kV/690V變壓變壓器漏抗器漏抗/p.u.500kV/35kV變變壓器漏抗壓器漏抗/p.u.500kV線路等效線路等效阻抗阻抗/p.u.補(bǔ)償度補(bǔ)償度/%串補(bǔ)電抗串補(bǔ)電抗/p.u.9.3996.6676.6670.03415+0.4674i4-0.9431仿真系統(tǒng)21

19、3、次同步振蕩現(xiàn)象的仿真復(fù)現(xiàn)及分析仿真結(jié)果仿真中PCC點(diǎn)處的電壓仿真中PCC點(diǎn)處的電流故障錄波中的現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)電壓波形故障錄波中的現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)電流波形223、次同步振蕩現(xiàn)象的仿真復(fù)現(xiàn)及分析結(jié)果分析 仿真中系統(tǒng)的補(bǔ)償度為4%，而理論上，產(chǎn)生7Hz的振蕩對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)補(bǔ)償度應(yīng)為1.96% 。造成仿真結(jié)果與理論值的偏差的原因是在補(bǔ)償度的理論值計(jì)算中，沒(méi)有考慮到雙饋風(fēng)機(jī)控制器部分的等效阻抗，使得補(bǔ)償度的計(jì)算結(jié)果偏大。 冀北電網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)中，線路補(bǔ)償度在40%左右，這個(gè)補(bǔ)償度是指串補(bǔ)電容對(duì)500kV線路的補(bǔ)償度，即補(bǔ)償度的計(jì)算中并沒(méi)有考慮變壓器及風(fēng)機(jī)的阻抗，這兩部分阻抗占總阻抗的比重很大，仿真中4%的補(bǔ)償度的計(jì)算考

20、慮了這兩部分阻抗。234、次同步振蕩頻率辨識(shí)差異的仿真及分析4.1 PMU的功率測(cè)量方式方法一：方法二：244、次同步振蕩頻率辨識(shí)差異的仿真及分析4.2 PMU的功率計(jì)算方式（方法一）0011( )cos()()NavdcacacpmukskPiPPTiNf測(cè)得次同步頻率仍為f0-f，若采樣間隔滿足抽樣定理，F(xiàn)FT結(jié)果準(zhǔn)確 若采樣間隔不滿足抽樣定理，F(xiàn)FT結(jié)果出現(xiàn)頻率混疊254、次同步振蕩頻率辨識(shí)差異的仿真及分析4.3 PMU的功率計(jì)算方式（方法二，采樣時(shí)間20ms）21111022(1)+Bcos()NjkNlkssfkfN lUAeff21222022(1)+Bcos()NjkNlkssf

21、kfN lIAeff電壓電流相量221112122211002211122100(1)(1)cos()cos()(1)(1)cos()cos()NNjkjkNNlllkkssssNNjkjkNNkksssskN lkN lSU IA AABeA BeffffkN lkN lB Beeffff 264、次同步振蕩頻率辨識(shí)差異的仿真及分析4.3 PMU的功率計(jì)算方式（方法二，采樣時(shí)間10ms）2110122021202110120102122(1)cos(1)cos()(1) cos(1)cos()cos(1)cos(1)(1)cos()NjkNlllkssNjkNkssksskN lSU IAl

22、BeffkN lAlBeffA AllkN lB Bff 2211100(1)cos()NNjkjkNNksskN leeff274、次同步振蕩頻率辨識(shí)差異的仿真及分析4.4 仿真結(jié)果（有功功率有效值的FFT，設(shè)定電壓電流均含有7Hz諧波）010203040506070809010000.20.40.60.811.21.41.61.82X:43Y:1.084frequency/HzPmagnitudepmumethod1仿真采樣時(shí)間10ms0510152025303540455000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2X:43Y:0.1187frequen

23、cy/HzPmagnitudepmumethod2仿真采樣時(shí)間10ms0510152025303540455000.20.40.60.811.21.41.61.82X:7Y:0.2365frequency/HzPmagnitudepmumethod1仿真采樣時(shí)間20ms051015202500.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2X:7Y:0.04096frequency/HzPmagnitudepmumethod2仿真采樣時(shí)間20ms方法一方法一方法二方法二285、風(fēng)電次同步振蕩的快速偵測(cè)方法5.1 主成分分析法295、風(fēng)電次同步振蕩的快速偵測(cè)方法5.1

24、主成分分析法305、風(fēng)電次同步振蕩的快速偵測(cè)方法5.1 主成分分析法315、風(fēng)電次同步振蕩的快速偵測(cè)方法5.1 主成分分析法事件發(fā)生前至事件結(jié)束事件發(fā)生前至事件結(jié)束:200s事件發(fā)事件發(fā)生前生前:10s暫態(tài)過(guò)暫態(tài)過(guò)程程:90sAm為幅值，為幅值， 為初相位，為初相位， 為衰減因子，為衰減因子，fm為振蕩頻率，為振蕩頻率， 為采樣間隔，為采樣間隔，p為模型的階數(shù)，為模型的階數(shù)，N為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。325、風(fēng)電次同步振蕩的快速偵測(cè)方法5.2 Prony辨識(shí)方法 離散時(shí)間序列 (系統(tǒng)數(shù)據(jù)) 其中 進(jìn)而得到系統(tǒng)振蕩模態(tài)1( ) (0,1,1)pnmmmx nb znN=(2)mmmjmmjf

25、tmbA ezemmtarctanIm()/ Re()( )/arctanIm( )/ Re( )/ 2iijjiiijjjiiiiiAbbbIn ztfzzt需要注意：需要注意：Prony辨識(shí)的階數(shù)；數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度；信號(hào)采樣率；數(shù)據(jù)降噪處理辨識(shí)的階數(shù)；數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度；信號(hào)采樣率；數(shù)據(jù)降噪處理335、風(fēng)電次同步振蕩的快速偵測(cè)方法5.2 Prony辨識(shí)方法-冀北電網(wǎng)模態(tài)辨識(shí)結(jié)果(a)2013年年03月月19日日14時(shí)時(shí)（b）2013年年6月月17日日8時(shí)時(shí) Prony辨識(shí)所得振蕩模態(tài)圖（機(jī)端電壓頻率） 兩次次同步振蕩兩次次同步振蕩中，三個(gè)風(fēng)電場(chǎng)之中，三個(gè)風(fēng)電場(chǎng)之間有相互的諧振，間有相互的諧振，而且存在三

26、個(gè)風(fēng)電而且存在三個(gè)風(fēng)電場(chǎng)作為一個(gè)機(jī)群與場(chǎng)作為一個(gè)機(jī)群與冀北電網(wǎng)（太平站）冀北電網(wǎng)（太平站）間的振蕩。間的振蕩。 由振蕩模態(tài)也可由振蕩模態(tài)也可以看到，太平站和以看到，太平站和恒泰的模式可觀性恒泰的模式可觀性較好。較好。346、風(fēng)電次同步振蕩的機(jī)理分析6.1 感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng) IGE：次同步頻率下的負(fù)轉(zhuǎn)差引起的該頻率下的固有負(fù)電阻效應(yīng)rRs感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)次同步控制相互作用，次同步控制相互作用，與控制器參數(shù)，運(yùn)行與控制器參數(shù)，運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，振蕩頻率狀態(tài)有關(guān)，振蕩頻率有關(guān)有關(guān)RSCZ/101/1merrrmerrrmerffRRsffRRsff356、風(fēng)電次同步振蕩的機(jī)理分析6.1 感應(yīng)發(fā)

27、電機(jī)效應(yīng)轉(zhuǎn)差率s=(fer-fm)/fer，fer為諧振頻率，fm為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速（電氣角頻率） ，實(shí)際補(bǔ)償度k通常小于40%，fer通常小于31.6Hzfm通常在32.565Hz對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速（標(biāo)幺值0.651.3pu）次同步頻率下轉(zhuǎn)差率s制定抑制措施的流程447、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施7.2 風(fēng)機(jī)層抑制次同步振蕩 (控制器參數(shù))-系統(tǒng)建模457、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施算例分析467、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施算例分析477、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施7.3 風(fēng)電場(chǎng)抑制措施 - 阻波器增加帶阻濾波器前后增加帶阻濾波器前后PCCPCC點(diǎn)點(diǎn)88.28.48.68.899.29.49.69.810-1.5

28、-1-0.500.511.5time/sIpcc88.28.48.68.899.29.49.69.810-1.5-1-0.500.511.5time/sUpcc電流電流 電壓電壓藍(lán)色波形為濾波前，紅色波形為濾波后藍(lán)色波形為濾波前，紅色波形為濾波后487、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施7.3 風(fēng)電場(chǎng)抑制措施 - 阻波器增加帶阻濾波器前后增加帶阻濾波器前后PCCPCC點(diǎn)點(diǎn)88.28.48.68.899.29.49.69.81000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5time/sPpcc88.28.48.68.899.29.49.69.810-1-0.8-0.6-0.4-0

29、.200.2time/sTpcc有功功率有功功率 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩藍(lán)色波形為濾波前，紅色波形為濾波后藍(lán)色波形為濾波前，紅色波形為濾波后497、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施7.3 風(fēng)電場(chǎng)抑制措施 - 阻波器觀測(cè)量觀測(cè)量濾波前濾波前濾波后濾波后工頻分量次同步頻率次同步分量工頻分量次同步頻率次同步分量PCCPCC點(diǎn)電壓點(diǎn)電壓0.502370.052980.49987.50.03227PCCPCC點(diǎn)電流點(diǎn)電流0.288970.36450.28537.50.2439PCCPCC點(diǎn)有功點(diǎn)有功0.1459430.043370.144142.50.02828電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩0.2824430.25430.2828

30、42.50.1664雖然對(duì)于工頻分量會(huì)有一定的影響，雖然對(duì)于工頻分量會(huì)有一定的影響，但是帶阻濾波器對(duì)于諧波分量的但是帶阻濾波器對(duì)于諧波分量的過(guò)濾作用更為顯著，過(guò)濾作用更為顯著，濾掉了約濾掉了約30%30%的諧波分量的諧波分量，也由于加入了帶阻濾，也由于加入了帶阻濾波器，對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)際補(bǔ)償度產(chǎn)生了一定的影響，從而也引起了次同波器，對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)際補(bǔ)償度產(chǎn)生了一定的影響，從而也引起了次同步頻率的輕度偏移。步頻率的輕度偏移。507、風(fēng)電次同步振蕩的抑制措施7.4 電網(wǎng)抑制措施 - 降低串聯(lián)補(bǔ)償度串補(bǔ)度=4% 串補(bǔ)度=10%電流電壓有功轉(zhuǎn)矩 補(bǔ)償度低的情況下，除了電壓以外的變量的發(fā)散度更小，即阻尼比更高

31、，電壓在兩種情況下差別不大，再次說(shuō)明了電壓量不是造成次同步現(xiàn)象的主要原因一、項(xiàng)目執(zhí)行情況二、合同完成程度三、主要完成內(nèi)容四、研究成果及成效主要內(nèi)容五、成果創(chuàng)新點(diǎn)及特色52研究成果及成效形式：1. 大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究技術(shù)報(bào)告2. 發(fā)表科技論文2篇（另有1篇在投）3. 申請(qǐng)發(fā)明專利1項(xiàng)成效：1. 次同步振蕩快速偵測(cè)方面，提出了主成分分析法以及多信號(hào)Prony辨識(shí)方法。2. 次同步振蕩機(jī)理研究方面，分別基于感應(yīng)發(fā)電機(jī)理論、極點(diǎn)靈敏度分析方法、風(fēng)電機(jī)軸系震蕩阻尼研究了次同步振蕩機(jī)理。 3. 次同步振蕩抑制措施方面，分別從風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)、電力系統(tǒng)三個(gè)層面提出相應(yīng)的抑制措施。成果成果

32、53成果指標(biāo)完成情況指標(biāo)指標(biāo)項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目報(bào)告專利專利論文論文合同預(yù)期112已完成112報(bào)告：報(bào)告：大規(guī)模風(fēng)電匯集外送的次同步振蕩機(jī)理研究技術(shù)報(bào)告，工作報(bào)告，應(yīng)用報(bào)告等專利專利：發(fā)明專利，已受理發(fā)明專利，已受理1.發(fā)明人：孫榮富，程林，王立新，馬鎖明，崔正湃，王若陽(yáng)，王靖然，崔慧軍。雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)軸系統(tǒng)中穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)方法、穩(wěn)定器。申請(qǐng)?zhí)枺?01410674616.7；申請(qǐng)日：2014年11月21日；申請(qǐng)人：國(guó)家電網(wǎng)公司，國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司，清華大學(xué)。論文：論文：1.MengWu,RongfuSun（冀北電網(wǎng)公司）,LinCheng,LeXie.ParameterSensitivityAnalysisforSub-SynchronousControlInteractionsinWind-IntegratedPowerSystems.CIGREUSNation