新能源电力系统的次同步振荡与阻尼控制特性研究.pdf

新能源电力系统的次同步振荡与阻尼控制特性研

究

一、本文概述

随着全球能源结构的转型和可持续发展的需求，新能源电力系统

的发展日益受到关注。其中，次同步振荡作为一种常见的电力系统动

态行为，对电力系统的稳定运行构成了严重威胁。因此，本文旨在深

入研究新能源电力系统的次同步振荡与阻尼控制特性，以期为电力系

统的稳定与安全提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了新能源电力系统的基本架构和特性，分析了次同

步振荡的产生机理和影响因素。在此基础上，本文重点研究了新能源

电力系统中的次同步振荡特性，包括振荡的频率、振幅、阻尼比等关

键参数的变化规律及其与系统运行状态的关联。同时，本文还深入探

讨了阻尼控制策略在新能源电力系统中的应用，分析了不同阻尼控制

方法的优缺点和适用条件。

本文的研究不仅有助于深入理解新能源电力系统的动态行为，也

为电力系统的规划和运行提供了重要的理论依据。通过优化阻尼控制

策略，可以有效提高新能源电力系统的稳定性，降低次同步振荡的风

险，从而保障电力系统的安全、高效运行。

在接下来的章节中，本文将详细介绍新能源电力系统的次同步振

荡特性分析方法和阻尼控制策略的设计过程，并通过仿真实验验证所

提控制策略的有效性。本文将对研究成果进行总结，并提出未来研究

方向和展望。

二、新能源电力系统中的次同步振荡

随着新能源电力系统的大规模并网，次同步振荡（SSO）问题逐

渐凸显，对电力系统的稳定运行构成了严重威胁。次同步振荡是一种

在同步电机与电网之间发生的电气振荡现象，其频率位于同步频率与

工频之间，通常在1#126;3Hz范围内。在新能源电力系统中，由于

大量风电、光伏等可再生能源的接入，系统的惯性和阻尼特性发生改

变，导致次同步振荡的风险增加。

风电场中的次同步振荡主要源于风电机组与电网之间的电气相

互作用。大型风电机组通常采用双馈感应发电机（DFIG）或直驱永磁

同步发电机（PMSG）等类型，这些机组在并网运行时，其控制系统与

电网之间可能产生电气谐振，从而引发次同步振荡。风电场中的串补

电容和电力电子设备的广泛应用，也为次同步振荡的产生提供了条件。

光伏电站虽然本身不易引发次同步振荡，但在大规模并网时，其

对电网的短路比和阻尼特性产生影响，可能加剧系统中已存在的次同

步振荡问题。同时，光伏电站与风电场、传统火电厂等不同类型的电

源之间的相互作用，也可能导致次同步振荡的发生。

新能源电力系统中的次同步振荡具有复杂性、多样性和难预测性

等特点。其复杂性体现在新能源电力系统的结构、运行方式和控制策

略等方面，使得次同步振荡的机理和特性难以全面把握。多样性则表

现在次同步振荡的来源和类型上，包括风电场、光伏电站以及它们与

传统电源之间的相互作用等多种可能。难预测性则是因为新能源电力

系统中的次同步振荡受到多种因素的共同影响，如天气条件、系统运

行方式、控制策略等，这些因素的变化可能导致次同步振荡的风险和

特性发生变化。

因此，深入研究新能源电力系统中的次同步振荡问题，掌握其产

生机理、特性和影响因素，对于保障电力系统的稳定运行具有重要意

义。开发有效的阻尼控制措施，降低次同步振荡的风险和影响，也是

当前新能源电力系统研究的重要方向之一。

三、阻尼控制策略及其在新能源电力系统中的应用

随着新能源电力系统的快速发展，次同步振荡问题日益凸显，严

重影响了电力系统的稳定运行。为了有效抑制次同步振荡，研究者们

提出了多种阻尼控制策略。这些策略主要分为两类：一是被动阻尼控

制策略，二是主动阻尼控制策略。

被动阻尼控制策略主要是通过改变系统的结构或参数，增加系统

的阻尼，从而抑制次同步振荡。常见的被动阻尼控制策略包括：在发

电机轴上安装阻尼绕组，增加系统的电气阻尼；在电力系统中串联或

并联电阻、电感、电容等元件，改变系统的阻抗特性，增加机械阻尼。

这些策略简单易行，但往往需要在系统设计阶段就进行考虑，且对已

经建成的系统改动较大，实施难度较大。

主动阻尼控制策略则是通过引入外部控制信号，主动改变系统的

动态特性，实现对次同步振荡的抑制。常见的主动阻尼控制策略包括：

基于电力电子设备的阻尼控制，如通过改变风电场中风力发电机的有

功、无功功率输出，调节系统的电气阻尼；基于稳定控制器的阻尼控

制，如采用相位补偿、频率补偿等方法，调整系统的动态响应特性，

增加阻尼。