抑制方法

随着我国能源转型的深入，风电并网规模不断扩大，基于大功率电力电子设备的直流输电技术快速发展，风电与电网耦合作用产生的次同步振荡现象愈发频繁和复杂。比如张北、上海南汇和广东南澳等柔直工程投运以来，发生了数起振荡事件。振荡问题已成为阻碍风电向主体电源迈进的瓶颈问题，重塑风电机组阻抗特性，提升并网友好性，已成为新能源并网领域的重大基础性课题。

​近日，国家自然科学基金委员会公布了2023年国家自然科学基金集中接收申请项目评审结果。由国网江苏电力科学研究院陈兵主持的“构网型变流器接入电网引发谐波电能质量问题的机理与抑制方法研究”项目正式获批立项，资助期为2024年1月至2027年12月。这是国网江苏省电力有限公司首次获得国家自然科学基金面上项目资助。

本成果属于柔性直流输电领域。项日紧密结合国内首次发生的柔性直流稳态高频谐振事件的分析和处理，运用理论研究和仿真计算对物理现象进行了复现。首次揭示了柔性直流与交流主网高频谐振产生的机理，提出了柔性直流接入系统的谐波稳定性判据，形成谐振风险评估方法，提出了多种谐振抑制方法和工程化解决方案。 项目研究成果全面支持了鲁西工程“4.10”柔性直流高频谐振事故的分析和复电；解决了柔性直流输电接入弱交流主网安全稳定运行的技术瓶颈，为柔性直流输电技术的大规模应用提供了重要的技术支撑。项目所提出的谐振风险评估和抑制方法已在新建的乌东德送电广东广西三端混合直流工程中得到应用，已成为柔性直流输电系统研究与成套设计中进行振荡风险评估的通用方法，成果推广应用迅速。

本成果属于柔性直流输电领域。项目紧密结合国内首次发生的柔性直流稳态高频谐振事件的分析和处理，运用理论研究和仿真计算对物理现象进行了复现。首次揭示了柔性直流与交流 主网高频谐振产生的机理，提出了柔性直流接入系统的谐波稳定性判据，形成谐振风险评估方法，提出了多种谐振抑制方法和工程化解决方案。

本项目提出了三相电压互感器中性点地电位通近方法、基于比例变换器的电流互感器磁饱和裕度直接测量方法、电流互感器泄漏电流测量与抑制方法，研制出三相组合互感器检定装置，解决了检定三相组合互感器缺少成套设备问题。发明了低压抗直流电流互感器及抗直流性能检测装置，解决了电流互感器直流分量负荷下准确测量及量值湖源问题。提出了移动式三相组合互感器仓储区集中检定方法，对试品进出库、检定、仓储、配送、数据管理流程实施无缝连接，解决了分散检定占用人力、设备、土地资源多、劳动强度大、效率低等问题。 本项目申请专利29项，获发明专利权6项、实用新型专利权12项，发表中文核心期刊论文4篇，获得软件著作权2项。

光伏场经柔直送出是未来电力系统发展的一个重要趋势，但是光伏与柔直系统之间的相互作用存在引发系统振荡失稳的风险。为此，文中建立光伏场经柔直并网的开环和闭环互联模型，基于开环模式谐振理论，分析光伏场子系统与柔直子系统之间的动态交互作用。当二者发生强交互作用时，可能会使相应的闭环振荡模式进入复平面右侧，进而引发系统振荡失稳。针对光伏场子系统与柔直子系统之间的交互失稳风险，可以通过调整主导环节的控制参数进行抑制；当控制参数无法调整时，文中提出一种对光伏单元附加阻尼控制器的抑制措施，调整光伏场子系统的开环振荡模式，使其在复平面远离柔直子系统的开环振荡模式，从而破坏模式谐振，使闭环系统稳定。文中通过仿真算例，验证了上述理论分析结果的正确性以及所提阻尼控制器的有效性。

介绍了电抗器在电网中的主要作用，对电抗器周围产生的磁场对停电测试电抗器的试验结果造成影响的原理进行了理论分析，并提出了两种不同的抑制方法。对两种抑制方法的实现进行了试验方案的制定和验证。

电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-based high voltage direct current，LCC-HVDC)系统若发生后续换相失败,将严重影响交直流混联电网的安全稳定运行。文中首先针对LCC-HVDC系统故障恢复过程中电流偏差控制作用阶段易再次发生换相失败的问题，对电流偏差控制参数与换相失败之间的关系进行理论分析，发现此阶段系统若不发生换相失败，逆变侧LCC直流电压和交流换相电压须满足一定的约束关系，且该约束关系受电流偏差控制参数的直接影响。然后，基于理论分析结果，提出一种电流偏差控制参数整定方法，可改善系统故障恢复过程中对直流电压恢复速度和程度的控制要求，使系统更易满足直流电压与交流换相电压稳定运行约束关系，以降低后续换相失败概率。最后，利用PSCAD/EMTDC仿真平台CIGRE标准测试模型验证了理论分析的正确性以及参数整定方法的有效性。

近十年，我国风电实现跨越式发展，大规模、高比例新能源已成为我国新一代电力系统的重要特征。然而，大量基于电力电子变流器的新能源并网运行，深刻改变了电力系统动态特性，带来新的并网稳定性问题，其中风电次同步谐振尤为突出。美国德州、德国北海，以及国内的河北沽源、新疆哈密、吉林通榆等地多次发生风电次同步谐振，造成风电机组大面积脱网乃至设备损坏，危及电网的安全稳定运行，严重影响了新能源高效消纳，成为制约构建“清洁低碳、安全高效”现代能源体系的关键技术因素。 然而，风电引起的次同步谐振问题较之传统火电机组同类问题更为复杂。电力电子变流器具有多时间尺度特性，且风电机组台数多、分布范围广、风速变化大，运行方式组合复杂多变，谐振现象区别于火电的固定频率，表现为时变的宽频带特性。基于火电次同步谐振形成的认知和技术，已难以适应风电次同步谐振分析和治理需求，迫切需要形成新的技术体系。 依托科技项目及生产技改资金，项目团队突破风电次同步谐振的定量分析和抑制技术，形成三项技术创新：①提出了基于聚合阻抗频率特性的次同步谐振量化分析方法，实现了对高维复杂系统次同步谐振风险的精准量化评估，解决了大型风电基地次同步谐振定量分析困难和机理不明的问题；②首创了电网侧集中式次同步阻尼控制技术，提出了装置一/二次参数设计方法，研制了国际首台35kV网侧风电次同步阻尼控制装置，解决了大型新能源基地次同步谐振的低成本化集中治理难题；③提出了双馈风电机组宽频带阻抗主动重塑技术和基于次同步锁相的振荡频率自动追踪技术，成功研制了具备次同步阻尼控制功能的双馈风电机组变流器，实现了单元机组侧的主动式治理。 项目获授权专利18项，发表SCI/EI论文47篇。中国电机工程学会组织的成果鉴定认为：项目提出的谐振定量分析方法、电网侧和机组侧抑制方法达到国际领先水平，研制的网侧次同步阻尼控制装置和具备次同步阻尼控制功能的2MW双馈风电机组变流器均为国际首创。 研究成果已全面应用于张家口沽源风电汇集地区次同步谐振的分析及治理，建成了国际首个风电次同步谐振抑制示范工程，至今再未发生大规模风电次同步谐振脱网事故。项目研发的风电机组变流器已推广应用至吉林、新疆等存在风电次同步谐振问题的地区，为保障我国电网安全运行与风电并网消纳提供了坚强支撑。项目近三年累计实现销售额5.8亿元，新增利润1.6亿元, 沽源地区新增发电量1.5亿千瓦时，减排二氧化碳12.9万吨。随着我国风电并网容量的增加，项目成果将发挥更大作用。