DL/T 5600-2021 電力系統(tǒng)次同步諧振振蕩風險評估技術(shù)規(guī)程

29.240

21

備案號：J29082021

中華人民共和國電力行業(yè)標準

5600—2021

電力系統(tǒng)次同步諧振/振蕩

風險評估技術(shù)規(guī)程

Codeforriskassessmentof

subsynchronousresonance/oscillationinpowersystem

20210426發(fā)布20211026實施

發(fā)布

5600—2021

中華人民共和國電力行業(yè)標準

/

電力系統(tǒng)次同步諧振振蕩

風險評估技術(shù)規(guī)程

Codeforriskassessmentof

/

subsnchronousresonanceoscillationinowersstem

ypy

/—

DLT56002021

主編部門：電力規(guī)劃設(shè)計總院

批準部門：國家能源局

：

施行日期年月日

20211026

中國計劃出版社

北京

2021中華人民共和國電力行業(yè)標準

電力系統(tǒng)次同步諧振/振蕩

風險評估技術(shù)規(guī)程

/—

DLT56002021

☆

中國計劃出版社出版發(fā)行

：

網(wǎng)址www.h

jp

地址：北京市西城區(qū)木樨地北里甲號國宏大廈座層

11C3

郵政編碼：電話：（）（發(fā)行部）

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三河富華印刷包裝有限公司印刷

/印張千字

850mm×1168mm1321.7540

年月第版年月第次印刷

202191202191

印數(shù)—冊

11500

☆

統(tǒng)一書號：·

1551820962

定價：元

17.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

：（）

侵權(quán)舉報電話

01063906404

如有印裝質(zhì)量問題，請寄本社出版部調(diào)換國家能源局

公告

年第號

20213

《》

國家能源局批準水電工程建設(shè)征地企業(yè)處理規(guī)劃設(shè)計規(guī)范

等項能源行業(yè)標準（附件）、《

2821CodeforBuildingsDesignof

》等項能源行業(yè)標準外文版（附件），現(xiàn)

WindPowerProects192

j

予以發(fā)布。

：

附件行業(yè)標準目錄

1.

行業(yè)標準外文版目錄

2.

國家能源局

年月日

2021426

：

附件

1

行業(yè)標準目錄

序號標準編號標準名稱代替標準采標號出版機構(gòu)批準日期實施日期

……

電力系統(tǒng)次

/同步諧振/振中國計劃

DLT

2682021-04-262021-10-26

蕩風險評估出版社

5600-2021

技術(shù)規(guī)程

……前言

根據(jù)《國家能源局關(guān)于下達年第一批能源領(lǐng)域行業(yè)標準

2014

制（修）訂計劃的通知》（國能科技〔〕號）的要求，標準編制

2014298

，，

組經(jīng)調(diào)查研究總結(jié)國內(nèi)外多年相關(guān)工作實際經(jīng)驗與教訓(xùn)尤其是

調(diào)研總結(jié)國內(nèi)幾個次同步諧振治理案例從規(guī)劃時的專題研究、方

案研究到治理方案實施、試驗驗證，以及投產(chǎn)后的運行維護全過程

，，

相關(guān)工作的經(jīng)驗教訓(xùn)參考國內(nèi)外相關(guān)標準與技術(shù)文件在廣泛征

求意見的基礎(chǔ)上，制定本標準。

本標準主要技術(shù)內(nèi)容有：總則、術(shù)語、評估方法與適用范圍、小

擾動次同步諧振/振蕩風險評估、大擾動次同步諧振風險評估、次

/。

同步諧振振蕩解決方案選擇等

本標準由國家能源局負責管理，由電力規(guī)劃設(shè)計總院提出，由

能源行業(yè)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計標準化技術(shù)委員會負責日常管理，由

中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院有限公司負責具體技術(shù)

。，

內(nèi)容的解釋執(zhí)行過程中如有意見或建議請寄送電力規(guī)劃設(shè)

計標準化管理中心（地址：北京市西城區(qū)安德路號，郵政編

65

碼：，郵箱：_）。

100120bzzhonxin@e

gpp

：

本標準主編單位中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計

院有限公司

本標準參編單位：南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責任公司

本標準主要起草人員：王紹德任樹東康海燕朱蕓

徐珂王征高洵洪潮

金小明張帆蔡漢生楊煜

袁豪

：

本標準主要審查人員佟明東張偉李娟萍曹生順

··

1仇衛(wèi)東黃豫吳敬坤楊攀峰

宋瑞華楊文超袁永強王西田

肖仕武王新寶吳濤王勁松

··

2目次

總則…………………（）

11

術(shù)語…………………（）

23

評估方法與適用范圍……（）

37

…………（）

機組作用系數(shù)法

3.17

頻率掃描法……………（）

3.27

復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法……………（）

3.38

……………（）

特征根分析法

3.48

電磁暫態(tài)仿真法…………（）

3.58

適用范圍………………（）

3.69

/

小擾動次同步諧振振蕩風險評估………（）

411

……………（）

模型和參數(shù)

4.111

評估內(nèi)容………………（）

4.213

大擾動次同步諧振風險評估……………（）

515

（）

模型和參數(shù)……………

5.115

評估內(nèi)容………………（）

5.215

次同步諧振/振蕩解決方案選擇…………（）

617

方案選擇原則……………（）

6.117

……………（）

方案評估要點

6.218

附錄次同步諧振/振蕩計算方法………（）

A20

附錄型次同步動態(tài)穩(wěn)定器方案最大容量

BSVC

估算方法……………（）

23

本標準用詞說明………………（）

24

引用標準名錄…………………（）

25

：

附條文說明…………………（）

27

··

1Contents

………（）

1Generalrovisions1

p

……………………（）

2Terms3

……………（）

3Assessmentmethodandapplicationscope7

……………（）

3.1Unitinteractionfactormethod7

………………（）

3.2Freuencscanninmethod7

qyg

………（）

3.3Comlextoruecoefficientmethod8

pq

………………（）

3.4Eigenvalueanalysismethod8

……………（）

3.5Electricmagnetictransientsimulationmethod8

………（）

3.6Alicationscoe9

ppp

/

4RiskassessmentofSSRSSOunder

…………（）

smalldisturbance11

…………………（）

4.1Modelsandarameters11

p

……（）

4.2Assessmentcontents13

5RiskassessmentofSSRunderlarge

………………（）

disturbance

15

…………………（）

5.1Modelsandarameters15

p

……（）

5.2Assessmentcontents15

/……………（）

6SelectionofcountermeasurestoSSRSSO17

……（）

6.1Princilesofcountermeasureselection17

p

………………（）

6.2Keointsofcountermeasuresassessment18

yp

AppendixASummaryofassessmentmethods

/…………………（）

forSSRSSO20

AendixBEstimationmethodformaximum

pp

/

………（）

caacitofSVCteSSRSSO-DS23

pyyp

··

2………（）

Explanationofwordinginthiscode24

……（）

Listofquotedstandards25

：………（）

AdditionExlanationofrovisions27

pp

··

3總則

1

為規(guī)范次同步諧振/振蕩風險評估及其解決方案優(yōu)選工

1.0.1

作，提高次同步諧振/振蕩治理水平，制定本標準。

/

本標準適用于火電廠或核電廠機組的次同步諧振振蕩風

1.0.2

險評估、解決方案優(yōu)選的相關(guān)工作。

火電廠、核電廠或風電場送出線路及電廠/電場近區(qū)線路

1.0.3

，、

加裝串補的應(yīng)對電廠機組風電場及其送出系統(tǒng)進行次同步諧

振/振蕩風險評估工作。

火電廠、核電廠直接接入整流運行的直流換流站或新能源

1.0.4

并網(wǎng)匯集站時，應(yīng)對電廠機組及其送出系統(tǒng)進行次同步振蕩風險

；、

評估火電廠核電廠間接接入整流運行的直流換流站或新能源并

網(wǎng)匯集站時宜根據(jù)具體情況確定。

機網(wǎng)復(fù)合共振、異步自勵磁和次同步振蕩問題應(yīng)采用小擾

1.0.5

動評估，暫態(tài)扭矩放大問題應(yīng)采用大擾動評估，應(yīng)根據(jù)評估的內(nèi)容

、。

正確選擇評估方法模型和參數(shù)

風險評估工作應(yīng)根據(jù)工程進展情況分階段及早進行，并符

1.0.6

合下列規(guī)定：

，、

在規(guī)劃及設(shè)計階段應(yīng)采用典型同類實測或廠家提供的

1

設(shè)計參數(shù)進行次同步諧振/振蕩風險的初步評估，用以指導(dǎo)機組軸

系選型、輸電或電廠接入系統(tǒng)方案，或者優(yōu)化相關(guān)配置或參數(shù)，以

避免風險或降低風險程度；

，

在工程實施及投產(chǎn)階段應(yīng)采用實測參數(shù)或廠家提供參數(shù)

2

進行次同步諧振/振蕩風險評估，評估結(jié)果可作為開展解決方案研

究的基礎(chǔ)或相關(guān)調(diào)度運行規(guī)程編制的依據(jù)。

風險評估或者增加解決方案后的風險評估結(jié)果應(yīng)滿足現(xiàn)

1.0.7

··

1《》。

行國家標準電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則的要求

GB38755

次同步諧振/振蕩風險評估除應(yīng)符合本標準的規(guī)定外，尚

1.0.8

應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。

··

2術(shù)語

2

次同步諧振（）

2.0.1subsnchronousresonanceSSR

y

串補輸電系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機組軸系在低于工頻的一個或幾個

，

系統(tǒng)自然頻率上相互交換能量的一種現(xiàn)象這個能量交換的過程

可以是弱阻尼、零阻尼甚至負阻尼。次同步諧振包括三種形式：機

網(wǎng)復(fù)合共振、暫態(tài)扭矩放大和異步自勵磁。

（）

次同步振蕩

2.0.2subsnchronousoscillationSSO

y

電力系統(tǒng)低于同步頻率且高于低頻振蕩頻率的功率振蕩，這

種振蕩可以是弱阻尼、零阻尼甚至負阻尼，包括汽輪發(fā)電機組軸系

與快速控制裝置之間產(chǎn)生的次同步扭振相互作用，以及風電機組

與串補之間或風電接入弱交流系統(tǒng)等條件下產(chǎn)生次同步控制相互

作用，不包括次同步諧振定義的功率振蕩。

異步自勵磁（）

2.0.3asnchronousself-excitationASE

y

針對流入發(fā)電機電樞繞組中的次同步頻率電流，發(fā)電機運行

，，

在異步發(fā)電狀態(tài)電樞繞組中的次同步頻率電流持續(xù)存在甚至增

大，這種現(xiàn)象稱為異步自勵磁，也稱為感應(yīng)發(fā)電機效應(yīng)（

induction

，）。異步自勵磁只涉及電氣系統(tǒng)。

eneratoreffectIGE

g

機網(wǎng)復(fù)合共振

2.0.4machine-ridcombinedresonance

g

電力系統(tǒng)中發(fā)電機軸系的機械系統(tǒng)與串補線路相關(guān)的電氣系

統(tǒng)之間的相互激勵作用，這種電氣和機械系統(tǒng)間低于工頻的相互

作用也稱為扭振相互作用（，）。

torsionalinteractionTI

（）

暫態(tài)扭矩放大

2.0.5torqueamplificationTA

發(fā)電機組軸系在經(jīng)歷一系列的暫態(tài)擾動過程中，多次擾動在

軸上產(chǎn)生的暫態(tài)扭矩正向疊加，將軸系的暫態(tài)扭矩迅速放大的現(xiàn)

。

象或過程

··

3，

在具有串補的輸電系統(tǒng)中電氣系統(tǒng)中的次同步自然頻率可

能接近于汽輪機組軸系的自然扭振頻率的工頻補頻率，系統(tǒng)擾動

后，在汽輪機的軸系上產(chǎn)生較無串補時大得多的暫態(tài)扭矩。串補

引起軸系暫態(tài)扭矩放大的本質(zhì)就是電氣系統(tǒng)故障后在電容器上的

儲能通過振蕩轉(zhuǎn)移至軸系扭振機械能的過程。

工頻補頻率

2.0.6comlementtoowerfreuenc

ppqy

與某頻率構(gòu)成工頻互補的頻率，即工頻與該頻率的差值。

軸系

2.0.7shaftsystem

機組的所有旋轉(zhuǎn)部件完全連接組裝好形成的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。

扭振

2.0.8torsionalvibration

（）。

旋轉(zhuǎn)軸系扭轉(zhuǎn)角位移扭曲的振蕩

疲勞壽命曲線（曲線）

2.0.9stress-numbercurveS-N

用來評價和估算軸系特定部位的疲勞壽命損耗，反映軸系特

定部位在載荷作用下的扭應(yīng)力幅值和疲勞壽命循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系

。（，）

的曲線稱為疲勞壽命曲線疲勞壽命曲線上的任何一點代

NS

表在對稱恒幅扭應(yīng)力的作用下，經(jīng)循環(huán)次后部件疲勞破壞。

SN

本標準的疲勞壽命曲線均是指扭振疲勞壽命曲線。

疲勞壽命損耗

2.0.10fatiuelifeloss

g

。

軸系發(fā)生疲勞破壞需要經(jīng)歷的扭應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為疲勞壽命

疲勞壽命損耗是指汽輪發(fā)電機組軸系在較大幅值的交變扭應(yīng)力作

用下產(chǎn)生的扭振疲勞壽命消耗累積值。本標準的疲勞壽命損耗均

。

是指扭振疲勞壽命損耗

阻塞濾波器（）

2.0.11blockingfilterBF

由電感電容并聯(lián)諧振回路和相關(guān)附屬設(shè)備組成，在機組軸系

的自然扭振頻率的工頻補頻率附近形成很大的阻抗用以阻塞該頻

，，。

率電流流入發(fā)電機避免發(fā)生機網(wǎng)復(fù)合共振緩解暫態(tài)扭矩放大

阻塞濾波器通常串聯(lián)在發(fā)電機升壓變壓器高壓繞組的中性點側(cè)。

次同步動態(tài)穩(wěn)定器/（/

2.0.12SSRSSO-dnamicstabilizerSSR

y

）

SSO-DS

··

4/，

一種用來抑制次同步諧振振蕩的并聯(lián)動態(tài)穩(wěn)定裝置通過反

饋軸系扭振信號產(chǎn)生相應(yīng)的電流分量，部分流入發(fā)電機定子，發(fā)電

機產(chǎn)生附加的交變電磁轉(zhuǎn)矩，以抑制機網(wǎng)復(fù)合共振或次同步振蕩。

。

可經(jīng)變壓器并聯(lián)在發(fā)電機機端或電廠高壓母線包括靜止無功補

償型（）和靜止無功發(fā)生型（）方案。

SVCSVG

輔助勵磁阻尼控制

2.0.13sulementarexcitationdam-

ppyp

（）

incontrolSEDC

g

，

附加在同步電機勵磁控制器上通過反饋軸系扭振信號實現(xiàn)

抑制機網(wǎng)復(fù)合共振或次同步振蕩的一種勵磁附加控制。

異步自勵磁保護

2.0.14asnchronousself-excitationrotection

yp

，

針對發(fā)電機特定頻率異步自勵磁設(shè)計的保護裝置監(jiān)視發(fā)電

機定子電流特定次同步頻率分量及其變化趨勢，當此次同步電流

分量發(fā)散或幅值相關(guān)函數(shù)對時間的積分達到設(shè)定值時，發(fā)出報警

或跳閘命令。

（

次同步阻尼控制

2.0.15subsynchronousdampingcontrolSS-

）

DC

附加在快速控制裝置或者高壓直流控制系統(tǒng)中，用于抑制次

同步振蕩的反饋控制模塊，它在裝置或者系統(tǒng)已有的快速控制回

，、

路中增加針對次同步頻率的附加控制包括引入濾波增益和超前

滯后校正環(huán)節(jié)，選擇合適的控制參數(shù)，使得新控制系統(tǒng)在特定頻帶

內(nèi)具有更好的阻尼特性。

快速控制裝置

2.0.16fastcontroldevice

能夠在次同步頻率范圍內(nèi)對功率、電流、電壓、頻率等狀態(tài)量

變化進行快速控制或響應(yīng)的電力裝置。包括發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、靜

止無功補償器、高壓直流輸電系統(tǒng)中的換流器、柔性直流換流器以

、

及其他以大功率電力電子器件為基礎(chǔ)的靈活交流輸電系統(tǒng)等具

有寬帶響應(yīng)特性的電力控制設(shè)備。

模態(tài)阻尼

2.0.17modaldamin

pg

，

軸系扭轉(zhuǎn)振蕩模態(tài)的視在阻尼包括機械和電氣共同作用后

··

5。，

的總阻尼對于某一特定模態(tài)的扭轉(zhuǎn)振蕩具有如下對應(yīng)的特

征根：

（）

λ=σ±ω2.0.17

iiji

，，

式中虛部反映為振蕩角頻率實部反映了振蕩衰減或發(fā)散

ωσ

ii

的速度，其相反數(shù)稱為模態(tài)阻尼。模態(tài)阻尼就是振蕩曲線的

-σi

-1

峰值包絡(luò)線衰減時間常數(shù)的倒數(shù)，單位為。

s

··

6評估方法與適用范圍

3

機組作用系數(shù)法

3.1

機組作用系數(shù)法中不同運行方式下的短路容量可用常規(guī)

3.1.1

。

的電力系統(tǒng)短路電流計算程序或者機電暫態(tài)穩(wěn)定程序計算

某種運行方式的機組作用系數(shù)接近或大于時，待研究

3.1.20.1

機組與直流輸電系統(tǒng)整流站之間存在較為明顯的相互作用，應(yīng)采

。

用其他方法做進一步的評估

頻率掃描法

3.2

頻率掃描法可采用電磁暫態(tài)仿真程序或其他程序計算得

3.2.1

。

到等效阻抗隨頻率變化的曲線

采用基于機組的頻率掃描法得到某運行方式下回路等值

3.2.2

阻抗頻率曲線后，應(yīng)進行下列分析：

-

電抗過零點對應(yīng)頻率下的等效電阻小于零時，機組該運行

1

，

方式時存在異步自勵磁風險機組為風電機組時存在次同步振蕩

風險；

軸系自然扭振頻率工頻補頻率附近的電抗接近于零時，機

2

，

組該運行方式時可能存在機網(wǎng)復(fù)合共振此頻點附近的電阻大于

零且越接近于零時，機網(wǎng)復(fù)合共振風險越大；

軸系自然扭振頻率的工頻補頻率范圍內(nèi)，存在電

3±3Hz

抗接近于零或超過的電抗跌折度［定義見本標準附錄中圖

5%A

（）］，

及式時機組該運行方式時存在暫態(tài)扭矩放大

A.0.2A.0.2-2

的風險。

采用基于串補的頻率掃描法計算某運行方式的串補相關(guān)

3.2.3

，

回路等值阻抗頻率曲線得到等值電抗過零點的電氣系統(tǒng)自然頻

-

··

7，，：

率發(fā)電機在此回路或其支路中應(yīng)進行下列分析

fe

發(fā)電機在附近頻率發(fā)出電功率時，該發(fā)電機在該運行

1fe

方式下存在異步自勵磁的風險，該發(fā)電機為風電機組時存在次同

；

步振蕩風險

在工頻補頻率的范圍內(nèi)存在回路中發(fā)電機組軸

2fe±3Hz

系自然扭振頻率時，此機組在該運行方式下存在機網(wǎng)復(fù)合共振或

暫態(tài)扭矩放大的風險。

復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法

3.3

復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法可采用電磁暫態(tài)仿真程序計算，得到發(fā)電機

3.3.1

，

組電氣阻尼隨頻率變化的曲線機組軸系某模態(tài)頻率下的電氣阻

尼與機組該模態(tài)機械阻尼之和小于零時，機組軸系此模態(tài)可能扭

振發(fā)散，即存在次同步諧振/振蕩風險。

特征根分析法

3.4

特征根分析法應(yīng)根據(jù)待研究發(fā)電機組及其軸系、電廠送出

3.4.1

系統(tǒng)、外系統(tǒng)等值等實際情況，同時考慮軸系多質(zhì)量塊的機電暫態(tài)

過程和電網(wǎng)中電感、電容的電磁暫態(tài)過程，求取系統(tǒng)全部特征根。

，

特征根實部都小于零時系統(tǒng)在相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)運行點上是小

3.4.2

擾動穩(wěn)定的；存在不小于零的特征根實部時，系統(tǒng)在相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)運

行點是小擾動不穩(wěn)定的。

特征根虛部表示的模態(tài)頻率與機組軸系的模態(tài)頻率相同

3.4.3

時，此特征根是機網(wǎng)復(fù)合共振模態(tài)；特征根虛部表示的模態(tài)頻率與

機組軸系的各模態(tài)頻率均不同，且明顯是電氣串聯(lián)諧振頻率時，此

特征根是異步自勵磁或者電氣系統(tǒng)次同步振蕩模態(tài)。

電磁暫態(tài)仿真法

3.5

電磁暫態(tài)仿真法應(yīng)針對待研究發(fā)電機組及其相關(guān)系統(tǒng)進

3.5.1

，

行詳細建模和仿真計算根據(jù)擾動后系統(tǒng)相關(guān)狀態(tài)量隨時間變化

··

8/。

的趨勢判斷次同步諧振振蕩的穩(wěn)定性

異步自勵磁或電氣系統(tǒng)的次同步振蕩仿真計算時，應(yīng)分析

3.5.2

發(fā)電機相電流或系統(tǒng)相關(guān)回路電流中的次同步頻率分量隨時間變

，。

化趨勢有分量不衰減時存在異步自勵磁或次同步振蕩風險

機網(wǎng)復(fù)合共振或者裝置型的次同步振蕩仿真計算時，應(yīng)分

3.5.3

析軸系轉(zhuǎn)速中的各次同步模態(tài)頻率分量或者軸系各質(zhì)量塊間的扭

矩隨時間的變化趨勢，不衰減時存在機網(wǎng)復(fù)合共振或次同步振蕩

。

風險

暫態(tài)扭矩放大仿真計算時，應(yīng)計算分析各種大擾動下的軸

3.5.4

系相關(guān)位置的暫態(tài)扭矩。仿真計算時長應(yīng)能保證機組軸系扭振幅

6

。

度衰減到曲線次對應(yīng)的扭矩幅度以下

S-N10

對于含電力電子設(shè)備的系統(tǒng)，電磁暫態(tài)仿真計算中考慮電

3.5.5

子元件導(dǎo)通與關(guān)斷過程時，計算步長取值不宜超過。

50s

μ

適用范圍

3.6

次同步諧振/振蕩風險評估可采用機組作用系數(shù)法、頻率

3.6.1

掃描法、復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法、特征根分析法和電磁暫態(tài)仿真法，這些方

法各有不同的特點和適用范圍。相關(guān)說明及計算方法可參見本標

。

準附錄

A

機組作用系數(shù)法適用于直流輸電整流站引起的次同步振

3.6.2

蕩風險的初步評估，可用于篩選次同步振蕩風險較高的發(fā)電機組

。

和系統(tǒng)運行方式

頻率掃描法適用于次同步諧振/振蕩風險初步評估或運行

3.6.3

方式篩選，可與電磁暫態(tài)仿真法或特征根分析法配合使用。

復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法適用于機網(wǎng)復(fù)合共振及次同步振蕩風險初

3.6.4

，

步評估或運行方式篩選可與電磁暫態(tài)仿真法或特征根分析法配

合使用；復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法只適用于單機對固定頻率電源系統(tǒng)，多機系

統(tǒng)應(yīng)等值成單機對固定頻率電源系統(tǒng)。

/；

特征根分析法適用于小擾動次同步諧振振蕩準確評估

3.6.5

··

9。

特別適用于數(shù)量龐大的運行方式計算分析和相關(guān)靈敏度分析

電磁暫態(tài)仿真法適用于次同步諧振/振蕩的各種大小擾動

3.6.6

仿真計算分析，尤其是暫態(tài)扭矩放大的計算分析應(yīng)采用電磁暫態(tài)

。

仿真法

··

10小擾動次同步諧振/振蕩風險評估

4

模型和參數(shù)

4.1

初步評估次同步諧振/振蕩風險時，可采用發(fā)電機廠家提

4.1.1

；、

供的電氣參數(shù)準確評估解決方案有效性評估以及用于運行方式

安排的風險評估時，宜采用發(fā)電機實測電氣參數(shù)。

對于頻率掃描法，同步發(fā)電機宜采用異步發(fā)電機模型及其

4.1.2

；，

參數(shù)無法獲取時可采用次暫態(tài)直交軸平均電抗后電勢模型及其

參數(shù)。

對于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法、特征根分析法和電磁暫態(tài)仿真法，發(fā)

4.1.3

電機應(yīng)采用派克方程模型及其參數(shù)。

應(yīng)重視發(fā)電機模型及其參數(shù)在關(guān)注模態(tài)頻率附近的準確

4.1.4

性，對于異步自勵磁應(yīng)關(guān)注轉(zhuǎn)子回路電阻值的準確性。

頻率掃描法計算時，不考慮軸系模型；復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法計算

4.1.5

時，軸系應(yīng)采用轉(zhuǎn)子單剛體模型；電磁暫態(tài)仿真法和特征根分析法

，。

計算時軸系應(yīng)采用多質(zhì)量塊彈簧系統(tǒng)等值模型

軸系多質(zhì)量塊彈簧系統(tǒng)等值模型應(yīng)保證其次同步模態(tài)的

4.1.6

特性與實際軸系相符。

、

采用電磁暫態(tài)仿真法復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法或特征根分析法進行

4.1.7

準確評估、解決方案研究或用于運行方式安排的風險評估計算時，

軸系扭振模態(tài)機械阻尼宜采用實測參數(shù)。

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)可選用典型勵磁系統(tǒng)模型及參數(shù)，研究或

4.1.8

/（

采用與勵磁系統(tǒng)相關(guān)的次同步諧振振蕩抑制措施如輔助勵磁阻

尼控制）時，應(yīng)采用與實際基本相符的勵磁系統(tǒng)模型及其參數(shù)，并

關(guān)注各限幅環(huán)節(jié)的準確性。

，

變壓器應(yīng)采用短路阻抗加理想變壓器的模型主要參數(shù)包

4.1.9

··

11、；，。

括短路電抗短路損耗等無銘牌或?qū)崪y參數(shù)時可采用典型參數(shù)

輸電線路可采用型等值電路模型，主要參數(shù)包括正序

4.1.10π

和零序的電阻、電抗和電納，可采用由工程設(shè)計或典型桿塔尺寸及

。

導(dǎo)地線參數(shù)計算的線路參數(shù)

固定串補可采用理想電容模型，可控串補可采用準穩(wěn)態(tài)

4.1.11

模型。

直流輸電系統(tǒng)的一次系統(tǒng)部分應(yīng)按實際設(shè)備參數(shù)、接線

4.1.12

，

方式直接建模直流控制系統(tǒng)宜采用廠家提供的詳細電磁暫態(tài)模

型或典型模型與參數(shù)。

風電機組中機械系統(tǒng)應(yīng)按實際建模，可包括風機的空氣

4.1.13

、，

動力學(xué)模型軸系模型以及槳距角控制模型雙饋和直驅(qū)發(fā)電機應(yīng)

按設(shè)備實際參數(shù)和接線方式建模。

雙饋和直驅(qū)風機換流器的控制系統(tǒng)應(yīng)采用與實際一致的

4.1.14

控制模型和參數(shù)，包括機側(cè)變流器的定子電壓（或磁鏈）定向控制

、

模型中間直流電容電壓控制模型和網(wǎng)側(cè)換流器的電網(wǎng)電壓定向

控制模型等環(huán)節(jié)。

頻率掃描法評估時，雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)、網(wǎng)側(cè)變流器可表示

4.1.15

為恒定電壓源串聯(lián)等效阻抗的形式，其中轉(zhuǎn)子電阻需考慮轉(zhuǎn)差率

；

和轉(zhuǎn)子側(cè)控制器電流內(nèi)環(huán)的比例系數(shù)的影響難以獲得準確模型

與參數(shù)時，風機可用阻抗頻率特性曲線表示。

系統(tǒng)等值化簡時，待研究發(fā)電機組與電廠及其相關(guān)的輸

4.1.16

、/

電系統(tǒng)可能引發(fā)或影響待研究發(fā)電機組次同步諧振振蕩特性的

串補及其線路、直流整流站、相關(guān)廠站及其發(fā)電機組以及上述廠站

之間的輸電線路應(yīng)保留。

系統(tǒng)中與待研究機組和電廠電氣距離較遠的部分可等值

4.1.17

，。

化簡可采用基于電力系統(tǒng)短路電流的阻抗等值方法

在對大規(guī)模風電場進行電磁暫態(tài)仿真時，可對待研究的

4.1.18

風電機組進行適當簡化和等值，機側(cè)和網(wǎng)側(cè)的換流器也可采用受

，。

控電流源和電壓源模型多臺風電機組可等值為一臺機組

··

12評估內(nèi)容

4.2

應(yīng)評估正常和單一元件檢修方式下待研究機組的次同步

4.2.1

/，、

諧振振蕩的收斂或發(fā)散情況還應(yīng)評估待研究電廠送出線路串

補及相關(guān)元件中兩個元件檢修或退出后的運行方式。

應(yīng)評估待研究電廠及相關(guān)電廠不同的開機方式和出力水

4.2.2

平及其組合，包括機組空載方式、機組機械阻尼較弱的最低負荷方

。

式等

應(yīng)評估直流額定功率運行方式、直流降壓運行方式以及可

4.2.3

能的孤島運行方式。

、

風電場與火電廠核電廠或者串補之間的次同步振蕩風險

4.2.4

評估時，應(yīng)計算分析不同開機數(shù)、不同出力水平的方式，并考慮如

下兩點：

對于直驅(qū)風機，應(yīng)重點評估換流器作為快速控制裝置與汽

1

（）；

燃氣輪發(fā)電機組軸系之間的次同步振蕩問題

對于雙饋風機，應(yīng)重點評估串補與雙饋風機之間的次同步

2

振蕩問題。

應(yīng)對評估結(jié)果影響較大的參數(shù)進行敏感性分析，如發(fā)電機

4.2.5

、、、、

電氣參數(shù)機組軸系參數(shù)系統(tǒng)等值阻抗直流控制器參數(shù)風電機

組控制器參數(shù)等。

對臨界振蕩或者關(guān)注的運行方式，宜對機組升壓變及其送

4.2.6

。

出線路的電阻進行敏感性分析

應(yīng)根據(jù)評估計算結(jié)果，分析存在風險的次同步諧振/振蕩

4.2.7

的形式和嚴重程度，提出相關(guān)建議。

技術(shù)可行的小擾動次同步諧振/振蕩風險的解決方案，在

4.2.8

、

電力系統(tǒng)正常單一元件檢修方式或者單一故障后應(yīng)滿足下列

要求：

電廠機組不發(fā)生不收斂的機網(wǎng)復(fù)合共振或者其他形式的

1

；

軸系扭振

··

13（）

電廠場發(fā)電機不發(fā)生不收斂的異步自勵磁或者其他形

2

式的次同步振蕩。

-1

工程計算中穩(wěn)定判據(jù)考慮總模態(tài)阻尼不應(yīng)小于

4.2.90.007s

。

的安全裕度

··

14大擾動次同步諧振風險評估

5

模型和參數(shù)

5.1

發(fā)電機組、變壓器、線路、直流輸電、風機和外部系統(tǒng)等值

5.1.1

。

的模型和參數(shù)可參照本標準節(jié)中的對應(yīng)部分

4.1

固定串補或可控串補裝置應(yīng)采用詳細電磁暫態(tài)模型和參

5.1.2

數(shù)。固定串補包括固定串補電容、金屬氧化物限壓器（）、間

MOV

、、、，、

隙阻尼回路保護控制系統(tǒng)等主要參數(shù)包括固定串補電容值

伏安特性、間隙動作特性及其定值?？煽卮a還應(yīng)增加晶

MOV

閘管及其控制的電抗器回路。

系統(tǒng)故障切除時間，應(yīng)根據(jù)保護配置、故障形式與地點、開

5.1.3

，。

關(guān)動作時間按照實際可能發(fā)生的時間及較嚴重的情況選取

機組軸系相關(guān)位置的疲勞壽命（）曲線，應(yīng)采用廠家提

5.1.4S-N

供或者其他可作為依據(jù)的資料，并計及應(yīng)力集中系數(shù)。

評估內(nèi)容

5.2

應(yīng)評估實際可能出現(xiàn)的運行方式，包括系統(tǒng)正常（含單一

5.2.1

元件檢修或部分抑制措施退出）方式、不同開機組合方式以及機組

。

最低負荷與滿載的不同出力方式

應(yīng)評估在不同故障地點發(fā)生單相接地、兩相短路、兩相接

5.2.2

地、三相短路等故障形式，以及不同故障時刻和不同故障持續(xù)時間

對暫態(tài)扭矩放大的影響。

應(yīng)計算暫態(tài)引起的機組軸系各危險截面的暫態(tài)扭矩及其

5.2.3

疲勞壽命損耗。

應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)不同故障發(fā)生的概率及其引起的軸系扭

5.2.4

。

振疲勞壽命損耗水平等因素

··

15系統(tǒng)單一故障引起的機組軸系暫態(tài)扭矩及其疲勞壽命

5.2.5

損耗不應(yīng)造成其扭振保護動作切機，必要時可以適當調(diào)整保護

定值，應(yīng)選擇單一故障暫態(tài)扭矩最大的方式對軸系扭振保護做

。

動模試驗校核定值原則及其動模校核內(nèi)容可參見現(xiàn)行行業(yè)標

準《汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護設(shè)計規(guī)程》/—中

DLT55652019

第條、第條和第條。

6.1.46.1.56.2.2

應(yīng)根據(jù)評估計算結(jié)果，分析暫態(tài)扭矩放大問題的嚴重程

5.2.6

，。

度提出相關(guān)建議

大擾動次同步諧振風險可接受或者增加的解決方案技術(shù)

5.2.7

可行的標準是，在電力系統(tǒng)正常和單一元件檢修方式下應(yīng)滿足下

：

列要求

系統(tǒng)受到任何擾動或故障后不應(yīng)造成主設(shè)備損壞；

1

系統(tǒng)發(fā)生單相故障，繼電保護正確動作后，機組軸系疲勞

2

壽命損耗不宜超過；

0.5%

、

系統(tǒng)兩相短路兩相接地或三相短路故障繼電保護正確動

3

作后，機組軸系疲勞壽命損耗不宜超過；

5%

在整個壽命期內(nèi)機組軸系扭振疲勞壽命損耗累計不應(yīng)超

4

過。

30%

··

16次同步諧振/振蕩解決方案選擇

6

方案選擇原則

6.1

應(yīng)根據(jù)次同步諧振/振蕩風險的特點與嚴重程度、現(xiàn)場實

6.1.1

，，

際情況綜合考慮各種解決方案的特點與適用場景等因素提出兩

個及以上的解決方案，再根據(jù)本標準第章、第章進行方案應(yīng)用

45

后的風險評估，以確定方案的有效性和可行性。

、、

推薦的解決方案應(yīng)按照技術(shù)有效工程可實施經(jīng)濟合理

6.1.2

的原則，經(jīng)多方案綜合比較后提出。

在規(guī)劃設(shè)計階段可針對電廠具體情況開展機組軸系選型

6.1.3

研究，提出對軸系的要求，以避免次同步諧振/振蕩問題，或者降低

。

其治理難度

可選擇可控串補、阻塞濾波器、次同步動態(tài)穩(wěn)定器、輔助勵

6.1.4

磁阻尼控制、附加次同步阻尼控制、調(diào)整與優(yōu)化控制系統(tǒng)參數(shù)等作

為次同步諧振/振蕩的解決方案，同時存在多個問題時，應(yīng)綜合考

。

慮選用綜合或獨立方案

暫態(tài)扭矩放大問題嚴重時，可選擇阻塞濾波器或可控串補

6.1.5

方案，也可選擇降低串補度或串補電容保護水平等方案。

，、

異步自勵磁問題嚴重時可選擇阻塞濾波器具有極面阻

6.1.6

尼繞組的發(fā)電機、降低串補度等改變主電路參數(shù)的方案。

存在機網(wǎng)復(fù)合共振問題時，可根據(jù)其嚴重程度選擇不同的

6.1.7

解決方案，如輔助勵磁阻尼控制、次同步動態(tài)穩(wěn)定器、阻塞濾波器、

。

可控串補等

對于因快速控制裝置引起的振蕩問題，宜優(yōu)先考慮優(yōu)化調(diào)

6.1.8

整、合理選擇控制參數(shù)或在快速控制裝置中增加次同步振蕩阻尼

。

控制環(huán)節(jié)的措施

··

17，

可采用及時切除次同步振蕩激勵源的措施如次同步電流

6.1.9

啟動的快速控制裝置，限制次同步振蕩對發(fā)電機組或系統(tǒng)的影響。

次同步諧振/振蕩解決方案選擇時，應(yīng)考慮周邊電廠與機

6.1.10

，，

組的情況避免與其他電廠機組相互影響尤其應(yīng)避免在抑制本機

組振蕩的同時激發(fā)其他機組的振蕩。

存在異步自勵磁風險的機組應(yīng)加裝異步自勵磁保護；存

6.1.11

在機網(wǎng)復(fù)合共振或機組軸系相關(guān)的次同步振蕩風險的機組應(yīng)加裝

，、

軸系扭振保護具體配置原則定值及其有效性檢驗等可按現(xiàn)行行

業(yè)標準《汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護設(shè)計規(guī)程》/執(zhí)行。

DLT5565

方案評估要點

6.2

選擇次同步諧振/振蕩解決方案后，應(yīng)在研究系統(tǒng)中增加

6.2.1

相應(yīng)解決方案的模型與參數(shù)的基礎(chǔ)上進行技術(shù)有效性的評估，結(jié)

合不同解決方案的特點，重點關(guān)注不同的問題。

，、

阻塞濾波器方案評估時應(yīng)重點關(guān)注發(fā)電機變壓器等參

6.2.2

數(shù)的誤差對方案有效性的影響，避免引發(fā)異步自勵磁。同時應(yīng)考

慮系統(tǒng)頻率、環(huán)境溫度等外部條件變化對其效果的影響。

可控串補方案評估時，應(yīng)首先合理配置可控串補和固定串

6.2.3

，

補的比例可根據(jù)次同步諧振風險可接受為條件確定固定串補的

最高串補度，再根據(jù)系統(tǒng)需要確定可控串補的串補度?？煽嘏c固

定串補的比例確定后，可按實際及可行的控制策略對可控串補進

，。

行詳細建模通過電磁暫態(tài)仿真法評估其有效性

次同步動態(tài)穩(wěn)定器方案評估時，設(shè)備容量應(yīng)滿足系統(tǒng)最嚴

6.2.4

重方式下嚴重故障擾動后保證次同步諧振/振蕩穩(wěn)定的需要，并留

有適當?shù)脑６取Ｐ?方案的最大容量估算方法

SVCSSRSSO-DS

。

可參考本標準附錄

B

輔助勵磁阻尼控制（）方案評估時，增益可按

6.2.5SEDCSEDC

預(yù)估的最大輸入信號時控制的勵磁輸出達到飽和或限幅的

SEDC

，，

原則確定初始值然后根據(jù)不同方式的計算結(jié)果進行調(diào)整和優(yōu)化

··

18。

同時應(yīng)保證整個勵磁和系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的動態(tài)性能

SEDC

次同步動態(tài)穩(wěn)定器或輔助勵磁阻尼控制方案評估時，控制

6.2.6

系統(tǒng)的相移系數(shù)應(yīng)根據(jù)能夠代表所研究系統(tǒng)的評價方式集綜合確

，，

定目標是保證評價方式集的所有方式不提供負阻尼對一些無治

理措施時負阻尼較大、出現(xiàn)概率高的關(guān)鍵運行方式能夠提供較大

的正阻尼。

對于新增加的可控串補、次同步動態(tài)穩(wěn)定器、輔助勵磁阻

6.2.7

、，

尼控制次同步阻尼控制等快速控制裝置型的解決方案還應(yīng)進一

步配置合理的控制參數(shù)，避免投入后引發(fā)新的次同步振蕩問題。

作為次同步諧振/振蕩解決方案的裝置，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)面臨

6.2.8

/、

次同步諧振振蕩問題的嚴重程度裝置自身的可靠性水平及其故

障后的維修時間、裝置停運后對機組或系統(tǒng)運行的影響，合理配置

備用方式，以保證增加解決方案后的系統(tǒng)滿足原則。

N-1

次同步諧振/振蕩解決方案應(yīng)經(jīng)過論證、評審，并在保證機

6.2.9

，。

組安全的前提下通過現(xiàn)場試驗實測驗證其有效性

··

19附錄次同步諧振/振蕩計算方法

A

機組作用系數(shù)法（，縮寫為）是

A.0.1unitinteractionfactorUIF

標準［（）］中提出的一個評估直流輸電

IEEEStd1204-1997R2003

，：

系統(tǒng)與發(fā)電機組之間的相互作用強弱程度的指標其定義為

2

SSC

HVDCi

（）

UIF=1-A.0.1

i

（）

SSC

iTOT

式中：———第臺發(fā)電機組的作用系數(shù)（無量綱）；

UIFi

i

、———直流輸電額定容量及第臺發(fā)電機的額定容量

SSi

HVDCi

（·）；

MVA

———（·）；

不計及第臺機組時換流母線的短路容量

SCiMVA

i

———（·）。

計及第臺機組時換流母線的短路容量

SCTOTiMVA

，

對于軸系相同且連接于同一母線的多臺發(fā)電機應(yīng)將其視作

一臺等效發(fā)電機，此時：為這些發(fā)電機的額定容量之和，為不

SiSCi

計及這些發(fā)電機時換流母線的短路容量，為計及這些發(fā)電

SCTOT

機時換流母線的短路容量。

頻率掃描法就是計算系統(tǒng)或回路等值阻抗隨頻率變化的

A.0.2

，/。

曲線由此初步分析和判斷機組面臨次同步諧振振蕩的風險依

據(jù)計算等值阻抗回路不同分為基于機組的頻率掃描和基于串補的

頻率掃描。

基于機組的頻率掃描法是計算分析從待研究發(fā)電機轉(zhuǎn)子

1

側(cè)向系統(tǒng)看去的等值阻抗隨頻率變化特性的方法，等值阻抗設(shè)為：

（）（）（）（）

ZRXA.0.2-1

eqf=eqf±jeqf

：（）———（）；

式中等效電抗

XΩ

eqf

（）———等效電阻（）。

RΩ

eqf

，

計算中待研究發(fā)電機使用異步機模型與參數(shù)其他發(fā)電機使

··

20。

用次暫態(tài)直交軸平均阻抗模型

圖為典型的基于機組的頻率掃描法得到的阻抗隨頻

A.0.2

率變化的曲線圖。由圖可見，在含串補線路的系統(tǒng)中，電抗跌折度

：

定義如下式

Xmax-Xmin

（）

Dip=×100%A.0.2-2

Xmax

式中：———跌折前的電抗最大值；

Xmax

———跌折后的電抗最小值，如圖所示。

XA.0.2

min

140

電阻R

120

電抗X

X

max

100

80

60

40

X

min

20

0

102030405060

頻率（Hz）

圖典型頻率掃描結(jié)果曲線圖

A.0.2

基于串補的頻率掃描法是計算分析從串補輸電線路向兩

2

，

端系統(tǒng)看去全回路的等值阻抗隨頻率變化特性的方法電源及待

，

研究發(fā)電機在此回路或其中的支路上等值電抗過零的頻率就是

。

系統(tǒng)自然頻率

，

基于串補的頻率掃描計算中待研究發(fā)電機宜用異步機模型

，

與參數(shù)無異步機模型與參數(shù)時可使用直交軸次暫態(tài)平均電抗模

，，

型電源或發(fā)電機均經(jīng)過電源阻抗接地待研究發(fā)電機流過全部或

。，

部分回路電流待研究發(fā)電機不用或無異步機模型與參數(shù)時難

。

以判定異步自勵磁或者風機與串補之間的次同步振蕩的穩(wěn)定性

··

21

阻抗（Ω）復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法通過計算獲得電氣阻尼與頻率的關(guān)系曲

A.0.3

線，若在發(fā)電機軸系的第個扭振模態(tài)的自然扭振頻率處有：

j

（）

DD0A.0.3-1

ej+mj＜

：———（）；

式中第個扭振模態(tài)頻率處的電氣阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)

Du

ejjp

———第個扭振模態(tài)的機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)（），可由機

Dmjpu

j

組軸系機械模態(tài)阻尼換算得到。

則該發(fā)電機在此扭振自然頻率處將發(fā)生扭振不穩(wěn)定，即存在

。

次同步振蕩風險

機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)與機械模態(tài)阻尼的換算公式如下：

（）

D2MσA.0.3-2

mj=jmj

：———（），

式中軸系扭振第個模態(tài)對應(yīng)的模態(tài)慣性時間常數(shù)

Ms

jj

通常慣性時間常數(shù)還采用來表示，兩者關(guān)系為

H

；

M=2H

———軸系扭振第個模態(tài)的機械模態(tài)阻尼（/），即軸系

σ1s

mjj

。

模型中使用的機械模態(tài)阻尼

特征根分析法是通過建立系統(tǒng)在平衡工作點的小擾動線

A.0.4

性化模型，計算出線性化系統(tǒng)的各個特征根、特征向量及相關(guān)因子

等信息，主要分析次同步模態(tài)的特征根：

λ

n

（）

λn=σn±j2πfnA.0.4

式中：———特征根實部，總的模態(tài)阻尼的相反數(shù)（/）；

σ1s

n

———模態(tài)頻率（）。

Hz

fn

，

若所有都小于零則認為系統(tǒng)在相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)工作點上是小

σ

n

擾動穩(wěn)定的；若存在不小于零的，則認為系統(tǒng)在相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)工

σn

作點是小擾動不穩(wěn)定的。

··

22附錄型次同步動態(tài)穩(wěn)定器

BSVC

方案最大容量估算方法

對于型次同步動態(tài)穩(wěn)定器方案，裝置需要的最大容

B.0.1SVC

：

量可按下列公式估算

Qmax

/（）

αi=TiKiB.0.1-1

（）/（）（）

θδαδδB.0.1-2

i=G×iT1-T2

（）/（）

Q=2×θX″B.0.1-3

maxid

式中：———機組軸系相鄰質(zhì)塊間的最大的允許扭矩（·）；

TiNm

———機組軸系相鄰質(zhì)塊間的彈性系數(shù)（·/）；

KNmrad

i

———機組軸系相鄰質(zhì)塊間允許的角位移（）；

αrad

i

———（）；

機組軸