深入解析SSO机理及主动抑制方法

由5.3.3节可知，TCSC对SSO的自然抑制是与其运行状态、控制方式、触发方式以及串联补偿度有关，并不是在任何条件下都能有效地抑制其自身或系统中其他FSC引发的SSO问题。另外，出于经济因素的考虑，实际的串联补偿系统中往往采用TCSC与FSC组合使用的方式，由于FSC的容抗特性的影响，仅靠TCSC自然抑制SSO的作用，TCSC自身的阻抗特性并不能完全消除掉由FSC引起的负阻尼。鉴于以上两个方面的因素，有学者从主动阻尼的角度出发，提出了TCSC的主动抑制SSO机理与实现方法，进一步提高了TCSC的阻尼效果，进而可能完全消除掉SSO的风险。5.3.4.1 TCSC主动阻尼SSO的机理

TCSC主动阻尼SSO是通过在TCSC控制环节中加入附加次同步阻尼控制器来实现的，其结构如图5-16所示。该附加次同步阻尼控制器主要包括输入信号、信号处理和控制算法三个部分，其基本思路是以轴系模态信号为输入，并通过适当的控制算法处理后，对TCSC参考阻抗进行调制。

图5-16 TCSC附加次同步阻尼控制器的结构

图5-17 TCSC附加次同步阻尼控制器作用原理图

如图5-17所示，当发电机在运行中受到扰动时会产生转速偏差Δω，此扰动会在定子中产生次同步和超同步电压分量，进而在系统中产生相应的次同步和超同步电流分量，从而造成发电机的电磁转矩偏差ΔT_e。由机电扭振相互作用的机制可知，如果发电机转速偏移量Δω与电磁转矩变化量ΔT_e之间的相角差超过90°，则系统存在发生SSO风险。与PSS抑制低频振荡的原理相似，TCSC的附加次同步阻尼控制器以发电机转速偏差Δω作为输入量，经过附加次同步阻尼控制器处理后，产生用于调制TCSC命令阻抗的变化量ΔZ′_tcsc。ΔZ′_tcsc经阻抗闭环控制环节后形成TCSC附加的阻抗响应变化量ΔZ′_tcsc，∞，从而在系统中会产生相应的次同步和超同步电流分量，进而在发电机中形成的相应的电磁转矩变化量ΔT′_e。通过调节附加次同步阻尼控制器的参数，可以使ΔT′_e与ΔT_e的合成相量与Δω的相角差在90°范围内，此时系统具有一个正的阻尼转矩，进而增强了TCSC对SSO的阻尼作用^[23]。

5.3.4.2 TCSC附加次同步阻尼控制器的设计(www.xing528.com)

TCSC主动阻尼SSO的效果与附加次同步阻尼控制器的优劣性能相关，因此必须得到重视。本节对此进行讨论。

1.输入信号

系统发生SSO时，与工频分量相比，次频分量的含量通常要小得多，因而选择能够提取出振荡模态特征的输入信号至关重要。TCSC附加次同步阻尼控制器的输入信号主要有两种：远端的发电机厂轴系相关的信号和TCSC安装地点的电气信号。前者主要包括转子轴系各质量块的扭转角、转子转速等，这种的信号可观性较好，能够反映SSO现象的物理本质，适用于作为输入信号。但由于TCSC装置一般远离电厂，因此采用这一种信号需要考虑信号远距离传输所带来的延时性和可靠性问题。TCSC安装地点的电压、电流以及功率等信号，测量技术成熟且成本较低，不存在信号远传带来的延时性和可靠性问题，但是包含的扭振模态分量相对较小，信噪比高，准确测量困难。

参考文献[23，24]在其仿真研究中以转速偏差作为TCSC附加次同步阻尼控制器的输入信号，研究结果表明，其可以有效地抑制SSO，但并没有考虑信号远传的可靠性问题。参考文献[20，25，26]分别采用线路有功功率、线路电流以及阻抗提升系数为输入信号，结果表明本地信号也可以有效地抑制SSO，但参考文献[25]的仿真模型采用较为简单的系统，针对实际系统的抑制效果还有待验证。参考文献[27]基于实际的4机系统，采用小干扰稳定分析和时域仿真的方法，比较了采用远端转速偏差信号和本地功率信号作为输入时的阻尼效果，结果表明，两者均能增强系统阻尼；就阻尼效果而言，转速偏差信号明显优于本地的功率信号。基于此，参考文献[27]提出以基于远端转速偏差信号为主信号，以基于本地电气量信号的控制为备用的主备方式的设计方案。在正常情况下，远端信号控制起作用，能取得很好的效果。当远端信号传输中断时，迅速切换到本地信号，也能起到一定的抑制作用。这种方案应该是比较理想的，兼顾了阻尼效果和可靠性，避免了单一远端信号控制可靠性的不足和单一本地信号控制效果不理想的缺点。

2.控制算法

目前针对TCSC附加次同步阻尼控制器的控制算法有模糊控制、H∞鲁棒控制、线性最优控制等现代控制算法以及相位补偿方法等。其中相位补偿法较为常用，参考文献[20，25-27]均采用的是相位补偿法，取得了很好的效果，本书第7章将结合HVDC中附加次同步阻尼控制器（SSDC）的设计，将对此算法的原理进行详细的阐述。