大规模风电场并网带来的与电网间潜在的相互作用是近年来被工业界与学术界关注的问题,研究发现,这种相互作用多表现为有功功率的振荡,且对应的振荡频率低于系统工频。首先引起人们关注的机网振荡源自汽轮机组出现的次同步谐振问题,当汽轮机发生次同步谐振时,其电气状态量和机械状态量会产生持续的,甚至增幅的振荡,严重时,会致使汽轮机转子轴系严重损坏。20世纪60年代美国的西北联合系统与西南联合系统进行互联运行时,首次观察到了低频振荡现象,因其高危害性至今仍是电力系统稳定运行中备受关注的问题。20世纪70年代初,美国西部Mohave发电厂一年之内发生了两次严重机组大轴损坏事故,两次事故都是因为发电机轴系和串补之间耦合导致的自激扭振。故障录波表明,线路电流中含有明显的30 Hz成分,虽然该频率小于系统频率,却不属于低频振荡的范畴。由于该振荡现象是由输电线路上不恰当的串联补偿电容导致,此类机电耦合振荡被定义为次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)。1977年至1980年,美国西部电网的Navajo电厂、San Juan电厂也相继出现SSR问题;与此同时,美国的Square Buttez电厂在投入高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路时发生次同步振荡(subsynchronous oscillaiton,SSO)现象,瑞典的Fenno-Skan。印度的Rihand-Delhi等高压直流输电工程事故也都论证了次同步振荡存在的可能性。这一系列的事件引发了学术界对于SSR/SSO现象的研究热潮,研究者在机理分析、分析方法及抑制对策等方面取得了显著成果。
随着风电、光伏等可再生能源发电的迅速发展,并通过电力电子变流器大规模集群接入电网,其参与或引发的新型SSR/SSO问题得到广泛关注,2009年美国得克萨斯州南部某电网因线路故障造成双馈风电机群放射式接入串补电网,引发严重SSR,此后被广泛称为次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)。1991年IEEE第3次文献补充中提到极长、高并联电容补偿线路也可能引发低阶扭振(模态)相互作用,并针对HVDC引发的扭振作用(torsional interaction,TI)提出了次同步扭振相互作用(subsynchronous torsional interaction,SSTI)的概念。表1.1介绍了20世纪60年代以来发生过的由风电场和电网相互作用引发的主要事故及其类型。(www.xing528.com)
表1.1 机网相互作用主要事故汇总
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