同步频率阻抗特性分析

与TCSC等可变阻抗型串联补偿器不同，SSSC没有在线路中串联接入物理电容器；另一方面，SSSC其实质为在工频下运行的交流电压源，只输出基频电压分量，其他频率电压分量为零，理论上其他频率的阻抗分量也为零。因此理想状态下，SSSC接入系统后只改变系统的工频阻抗特性，不会改变原有系统其他频率特性。从这个角度上说，参考文献[35-38]指出SSSC对SSO呈“中性”，既不会引发SSO，也不会对SSO有抑制作用。但是这些文献在分析SSSC与SSO的相互作用时都将SSSC看作一个同步电压源，没有考虑SSSC的具体电路结构，另外缺乏对SSSC次频阻抗特性进行分析，所得的SSSC对SSO呈“中性”的结论缺乏深度分析或者试验数据支撑。实际上，当系统发生SSO时，SSSC的装置侧换流器与系统间存在复杂的相互作用，进而导致SSSC的输出电压中包括除工频分量以外的其他电压分量，从而SSSC在次同步频率下阻抗不再为零，对SSO不会呈现严格意义上的“中性”。

针对SSSC的次同步频率下的阻抗问题，参考文献[39]搭建如图5-46所示的两端输电系统模型，其中SSSC采用考虑开关过程的真实模型。系统频率为50Hz，线路电阻R_L=1.49Ω，线路电抗X_L=23.45Ω，U_S、U_R为分别为系统送端和受端电压幅值。

图5-46 SSSC次同步频率下阻抗特性分析模型

根据频率扫描法的原理，通过在系统中注入小幅值次同步频率的信号电压U_SS，测量其所产生的同频率的电流大小，进而可求得系统在次同步频率下的阻抗值。采用时域实现的测试信号法分别计算了相同串联补偿度下SSSC和FSC的次频阻抗，并进行了对比分析。其中，SSSC在工频下等效电抗X_SSSC=3.25Ω。

采用频率扫描法计算得到的SSSC次频阻抗如图5-47a所示。将图5-46中SSSC替换为同等补偿容量的FSC后，系统的次频阻抗如图5-47b所示。由图5-47b可以看出，采用常规的FSC补偿时，系统在19Hz处发生串联谐振，在此频率下电抗几乎为零，阻抗模值为系统的电阻值，因此模值最小。根据SSO理论可知，当电气系统的串联谐振频率与相邻发电机组轴系扭振频率互补时，系统就有可能发生SSO，因此FSC提供补偿时，存在串联谐振现象是其可能引发SSO的根本原因。从图5-47a可以看出，采用SSSC补偿时系统的次频阻抗特性与采用FSC补偿时类似，也能在次同步频率下发生串联谐振，存在阻抗的最小模值。因此，同FSC一样，在某些情况下SSSC也可能引发SSO。

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图5-47 工频下同等串联补偿度的SSSC和FSC次同步频率下系统阻抗特性

图5-48为SSSC的自身的次频阻抗特性，可以看出工频时阻抗呈现为纯容抗3.25Ω；在次同步频率下，其等效电阻分量为正值，而电抗仍呈现为容性，而不等于零。因此，SSSC不对SSO呈现“中性”，其接入系统后会改变系统的次频阻抗特性，并且在某些情况，也存在激发SSO的可能。

另外由图5-47可以看出，虽然FSC和SSSC补偿时系统呈现相似的次频阻抗特性，但其对应的谐振频率和相应的阻抗最小模值并不相同。与FSC相比，采用SSSC补偿时其谐振频率偏低，并且对应的阻抗最小模值（即电阻）偏大。两者的差异在于SSSC和FSC自身的次频阻抗特性不同。尽管FSC与SSSC都可能激发SSO，但由于SSSC在次同步频率下呈现正电阻（见图5-48），而FSC电阻为零，因此在相同的补偿容量下SSSC对SSO阻尼要比FSC强一些。

参考文献[40]采用频率扫描法，参考文献[41]采用解析方法和频率扫描法，对SSSC的次同步频率阻抗特性也进行了分析，两者的研究结果与上述结果基本一致。此外，参考文献[41]还研究了控制模式和控制器参数对SSSC次频阻抗特性的影响，具体结论详见参考文献[41]。

图5-48 SSSC的次同步频率下的阻抗