高压直流输电引发的次同步振荡问题分析

自1954年世界上第一个商用直流输电工程——哥特兰岛直流工程在瑞典投运以来，高压直流输电的商业化运行已有近60年的历史。随着电力电子技术、计算机技术和新材料技术的发展，HVDC技术得到了不断的改进并逐渐走向成熟。与交流输电相比，直流输电具有非同步联网、输送容量大、网损小、功率易控制等优点，在远距离大容量输电和大区联网两个方面得到了广泛的应用。

我国在1987年自行研制建设了舟山直流输电试验工程。近20年来，直流输电从小到大，经历了一个快速发展阶段。随着全国联网的发展，作为大区互联的西北—华中、华北—华中、东北—华北、华中—南方等的背靠背直流工程，也逐步进入实施阶段，直至2010年南方电网公司已形成“八交五直”的西电东送输电通道。预计到2020年，我国将发展成为以特高压为骨干输电网架，拥有27条直流输电线路，西电东送容量超过1.5亿kW的巨型交直流电网，表1-5介绍了我国两家电网公司已投产和计划建设的直流输电工程情况。

表1-5 我国已建和计划建设的HVDC工程

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直流输电在带来巨大经济利益的同时，也给系统运行带来了新的挑战。因为任何对次同步频率范围内扰动响应灵敏的装置，都是潜在的次同步振荡激发源。由于高压直流输电越来越广泛的应用，其引发的次同步振荡问题已不容忽视。

当直流输电引起次同步振荡时，系统中并不存在电气谐振回路，它是由直流输电系统的功率快速控制特性引起的。发电机转子上微小的机械扰动，将引起换相电压及其相位的变化，引起触发延迟角发生等量的偏移，从而使直流电压、电流及功率偏离正常工作点，最终反馈到机组轴系，造成发电机电磁转矩的次同步扰动分量。如果电磁转矩扰动分量与发电机转速变化量之间的相角差超过了90°，就会出现电气负阻尼，与汽轮发电机轴系的机械阻尼一起决定是否激发次同步振荡。影响电气阻尼的因素较多，如发电机与直流系统耦合的紧密程度，直流功率水平、触发延迟角的大小、直流控制器的特性以及直流线路的参数等。

从前面的介绍可以看出，串联补偿和高压直流输电在我国电力系统有着越来越广泛的应用，由于这些工程可能导致的发电机次同步振荡隐患也广泛存在，在我国深入开展次同步振荡机理与抑制措施的研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有显著的工程实用价值。