沽源地区风电场的分布及电网结构示意图如图4－3所示。沽源地区的二十多个风电场通过220 kV的线路汇集至沽源变电站。然后升压至500 kV，经汗沽线和沽太线接至华北电网。汗沽线装有40%的固定串补，沽太线装有45%的固定串补。
图4-3 沽源地区风电场分布及电网结构示意图
该地区绝大多数风电机组为双馈风力发电机，其中1.5 MW的风电机组占多数，少量为永磁同步风力发电机和恒速感应发电机。截至2013年，该地区风力发电机的装机容量已超过3 000 MW。
2012年12月25日，有风电场上报因系统侧原因导致部分风电机组脱网。后经有关部门研究发现，脱网事故发生时，整个地区风电场的上送电流中存在较大的次同步电流，考虑到500 kV线路中存在固定串补，因此初步确定该现象为次同步振荡现象［13］。事故发生时，沽源变电站两台主变中1号主变220 kV侧a相同步相量测量单元（Phasor Measurement Unit，PMU）记录的电压、电流有效值如图4－4所示，图中部分数据的缺失是由于通信阻塞造成的。
图4-4 沽源变电站1号主变220 kV侧a相的PM U数据
通过PMU记录的波形可以看出：在8：45，系统中就存在幅值较小、发散速度很慢的次同步电流；8：46：40之后，次同步电流的幅值迅速增大；在8：47：30，由于次同步电流过大，部分发电机的保护电路检测到输出故障电流越限，从而命令发电机脱网；发电机脱网之后，整个风电场输出的基波电流骤然减少，并且使得系统过渡到临界稳定状态，随后，次同步电流的幅值整体上而言在缓慢地衰减；8：55之后，次同步电流迅速衰减；至8：56，次同步电流衰减至0，振荡过程结束。从PMU记录的波形可知，整个振荡过程大约持续了11 min。在事件发生过程中，变压器发出较大噪声，并伴有振动。
由于PMU记录的数据是经特殊算法处理过的，因此，图4－4并不能真实地反映SSO发生过程中电压和电流的变化情况。故障录波仪可以真实地记录SSO发生过程中相关电气量的变化。图4－5所示为8：47：45—8：47：46的故录数据。
图4-5 SSO发生过程中沽源变电站1号主变220 kV侧的故录数据
（a）电压瞬时值；（b）电流瞬时值
通过故录数据可以看出，在SSO发生过程中沽源变电站220 kV母线电压存在轻微的畸变；但是线路电流却严重畸变，次同步频率的电流十分明显，其幅值略大于基波电流。
故录数据都是瞬时值，难以直观地体现SSO发生过程中基波分量和次同步分量的变化。利用傅里叶变换对原始数据进行处理，其结果可以非常直观地展示SSO的发生过程。对2012年12月25日故录数据傅里叶分析结果如图4－6所示。
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图4-6 沽源变电站2012年12月25日故录数据的傅里叶分析结果
（a）220 kV侧相电压有效值；（b）220 kV侧线电流有效值；（c）次同步分量频率
从故录数据的傅里叶分析结果可以看出：
（1）SSO发生时，220 kV母线上的次同步电压含量很小，不到基波电压的3%。
（2）次同步电流发散到一定程度后，导致部分发电机脱网；之后，基波电流和次同步电流都迅速减小，随后基波电流维持基本不变，整个系统处于SSO临界稳定点附近，次同步电流在整体趋势上缓慢衰减；最后，次同步电流迅速衰减。
（3）在SSO发散阶段，谐振频率约为7.6 Hz，风电机组脱网后迅速降低至6.5 Hz，最终逐渐降低到6.2 Hz。
（4）由于故障录波仪在判断故障电流越限之后才会启动，因此，故障录波仪没有记录到SSO发生初期和后期衰减阶段的信息。
进入2013年之后，沽源地区又多次发生SSO现象。每次发生SSO时，风电场的输出功率、SSO谐振的频率和发展过程等都有所不同。若在发现SSO后，将500 kV输电线路上的串联电容旁路，次同步电流就会立刻衰减至0，如图4－7所示。
图4-7 2013年2月1日沽源变电站220 kV侧线电流故录数据
总结沽源地区风电场已发生的多次SSO现象，得出其基本规律为：
（1）次同步电压的含量很少，次同步电流的含量很大，次同步电流幅值最大时甚至会超过基波电流幅值。
（2）振荡频率在6～8 Hz，一般会随SSO的发展而变化。
（3）振荡往往发生在风电场输出功率下降时，大部分情况下，发生SSO时风电场的总输出功率在100～300 MW，对应220 kV侧的电流为0.26～0.79 kA。
（4）旁路500 kV线路上串联电容后，SSO现象立刻消失。
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