仿真：级联型STATCOM的抑制效果优化

基于6.4.3.3节中介绍的仅用于抑制次同步振荡控制策略的研究成果，作者采用级联型STATCOM对呼伦贝尔电厂存在的频繁超标的低幅次同步振荡问题进行抑制效果验证，仿真系统如图5-18所示。系统模型主要包括：

1）各发电厂模型，包括伊敏一、二、三期发电厂及鄂温克电厂、呼伦贝尔电厂。

2）各发电厂发电机组控制系统模型，包括励磁系统、PSS及调速器。

3）伊敏二、三期机组装设的SEDC模型。

4）500kV及部分220kV输电线路模型。

5）呼辽直流输电系统模型，呼辽直流输电为双极±500kV，每极12脉动，配有交直流滤波器。采用典型的HVDC控制策略（整流侧定功率/定电流，逆变侧定电压/定熄弧角控制）。

6）在直流输电系统的整流侧控制器中附加次同步阻尼控制环节（SSDC）。

7）伊冯固定串联电容器（FSC）及晶闸管控制串联电容器（TCSC）模型。其中，TC-SC采用闭环阻抗控制方式。

基于上述交直流系统建立的PSCAD模型，在不同HVDC稳态输送功率下，在直流功率参考值中增加扰动量，激发与呼伦贝尔电厂实际次同步振荡现象相类似的模态振荡曲线，如图6-46所示。

图6-46 不同直流功率下，直流扰动引起的呼伦贝尔电厂机组模态1振荡

采用这种方法模拟出的呼伦贝尔电厂机组模态1的振荡曲线无论从振荡周期，振荡上升时间以及振荡幅值都与图6-47所示的实际录波基本一致，因此可以通过这种激励方式验证抑制装置的有效性。由仿真实验图6-46还可以看出，随着直流输送功率的逐渐增加，呼伦贝尔电厂机组模态1的振荡幅值会逐渐变大，这与实际情况相一致。

图6-47 模态1的实际录波图

以下对拟采用级联型STATCOM解决呼伦贝尔电厂次同步振荡问题的设计方案进行介绍。

在实际工程中，STATCOM多采用多重化、嵌入式多电平及级联多电平的结构。拟采用的仅用于抑制SSO的STATCOM是通过厂用变压器接入发电机端，因此为了减小主拓扑结构的复杂度，减小占地面积，保证抑制装置的安全可靠及经济性，拟采用级联多电平的主拓扑结构。STATCOM接线如图6-48所示，每一相由6个H桥级联而成，经过厂用变压器20kV/10.5kV接入发电机端。

采用6.4.3.3节中所述的用于抑制SSO的dq解耦控制策略。其中，与三相两电平的拓扑结构不同的是，级联型STATCOM不存在整体的直流侧电容，各H桥模块直流侧的电容电压需分别考虑，本节采用下面所述的直流电压三级控制策略^[29，30]：

1）整体直流电压控制。整体直流电压控制是将级联型STATCOM看作是共用直流母线电压的三相两电平结构，通过调节有功指令电流，使得STATCOM的全部H桥模块的直流侧电容电压等于参考电压值。(www.xing528.com)

2）分相直流电压控制。分相控制是将级联型STATCOM的每一相看作一个H桥换流器，对其直流电压进行单独的控制，使得每一相的全部H桥模块的直流侧电压平均值等于参考电压值。

3）H桥直流电压单独控制。H桥直流电压单独控制是将级联型STATCOM的每一相的每一个H桥换流器作为一个控制对象，对其直流电压进行单独的控制，使得每一个H桥模块的直流侧电压等于参考电压值。

针对呼伦贝尔电厂机组出现的频繁超标的低幅次同步振荡，通过调整控制器的增益改变其抑制较为严重的模态1振荡时的输出功率，采用式（6-53）计算STATCOM输出的容量^[31]，并保留一定的裕度。

图6-48 级联型STATCOM主拓扑结构及接线

式中，U_a、U_b、U_c和I_a、I_b、I_c分别为STATCOM输出的三相电压和电流的有效值。

图6-49为几种不同容量下，STATCOM对呼伦贝尔电厂出现的低幅振荡的抑制效果，表6-6给出了不同容量下，对模态1振荡峰值的抑制情况。可以看出，在此工况下，当STAT-COM输出容量为10MVA时，可将振荡幅值抑制在0.03rad/s以内。

图6-49 不同容量STATCOM的抑制效果对比

表6-6 不同容量STATCOM的抑制效果

对发生扰动2s后STATCOM输出电压、电流特性进行仿真分析，如图6-50所示。

图6-50 STATCOM输出的次同步及超同步电流频谱

由图6-50a～c可以看出，在呼伦贝尔电厂出现低幅的模态振荡时（18～19Hz），专用于抑制次同步振荡的STATCOM在输出基频电压的基础上，同时伴有次同步及超同步电压（30～32Hz及68～70Hz）的输出。因STATCOM输出的基频电压与接入点的系统电压基本相等，所以其输出基波电流很小（0.01065kA），仅为输出次同步或超同步频率电流的1/12。其中，STATCOM输出的超同步电压略高于次同步电压，但由于超同步频率下，连接电抗较次同步频率下的大，最后使得STATCOM输出的次同步电流与超同步电流大小基本相同。由图6-50d可以看出，系统流过的基波电流（17.2kA）远大于注入的次同步及超同步电流（0.2kA），因此次同步及超同步电流注入后，对电网侧的影响很小^[32]。