高本鋒 劉 晉 李 忍 趙書強(qiáng)

（華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室 保定 071003）

0 引言

近年來，風(fēng)力發(fā)電在國內(nèi)外得到了迅猛的發(fā)展。2014年我國新增風(fēng)電裝機(jī)容量為2319.6萬kW，單年裝機(jī)容量首次突破2000萬千瓦，同時累計裝機(jī)量達(dá)到1.14609億kW，突破了1.1億kW，雙雙創(chuàng)下歷史記錄[1,2]。

由于風(fēng)電場大多地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，常采用串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)解決大規(guī)模風(fēng)電外送問題。研究表明，串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)存在誘發(fā)風(fēng)電機(jī)組的次同步振蕩（Sub-Synchronous Oscillation，SSO）風(fēng)險，不利于風(fēng)電場以及外送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[3-8]。

風(fēng)電機(jī)組的次同步振蕩問題有三種類型，分別是由風(fēng)電機(jī)組控制器與固定串補(bǔ)之間的相互作用引發(fā)的次同步控制相互作用（Sub-Synchronous Control Interaction，SSCI）[9,10]；風(fēng)電機(jī)組軸系與固定串補(bǔ)之間的相互作用引發(fā)的次同步諧振（Sub-Synchronous Resonance，SSR）；風(fēng)電機(jī)組控制器或者相鄰的FACTS裝置控制器與風(fēng)電機(jī)組軸系之間的作用引發(fā)的裝置引起的次同步振蕩（Sub-Synchronous Torsional Interaction，SSTI）。

與火電機(jī)組不同，風(fēng)機(jī)的軸系自然扭振頻率較低（1～10Hz），需很高的串補(bǔ)度才能激發(fā)軸系扭振模態(tài)[4]。工程實際中串補(bǔ)度難以滿足其激發(fā)條件，風(fēng)電機(jī)組發(fā)生SSR的概率較小。風(fēng)電機(jī)組SSTI問題尚未見諸文獻(xiàn)報道。因此，風(fēng)電機(jī)組的SSR和SSTI問題并不嚴(yán)重，發(fā)生概率較大的是由風(fēng)電機(jī)組控制器和固定串補(bǔ)相互作用引起的SSCI。

與傳統(tǒng)火電機(jī)組的次同步振蕩問題不同，SSCI是隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的次同步振蕩現(xiàn)象。本文首先介紹了 SSCI的由來以及各種類型風(fēng)電機(jī)組對其的免疫能力，繼而歸納分析了SSCI發(fā)生機(jī)理與分析方法，總結(jié)了SSCI抑制措施。最后對SSCI的后續(xù)研究思路予以展望。

1 SSCI問題的由來

目前公布的第一起SSCI事故發(fā)生于2009年9月，在美國德克薩斯州的某風(fēng)電場。事故造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大量跳機(jī)以及內(nèi)部撬棒電路損壞[11]。事故發(fā)生前，該風(fēng)電場附近一條雙回線路中的一條發(fā)生接地故障并斷開[12]，導(dǎo)致系統(tǒng)接線方式發(fā)生變化，串補(bǔ)度突然上升。故障發(fā)生后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)與固定串補(bǔ)間出現(xiàn)持續(xù)增大的振蕩現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)出口電壓電流畸變嚴(yán)重[13,14]，如圖 1所示。故障發(fā)生 3s后，固定串補(bǔ)保護(hù)裝置將線路的固定串補(bǔ)旁路，振蕩逐漸被抑制[11]。事后分析結(jié)果表明，本次事故中并不存在 SSR，而是由雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Double Fed Induction Generator，DFIG）的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與固定串補(bǔ)系統(tǒng)的相互作用所引起，文獻(xiàn)[13]將此種現(xiàn)象稱為次同步控制相互作用（Sub-Synchronous Control Interaction，SSCI）。

2012年12月25日，我國華北電網(wǎng)某風(fēng)電場發(fā)生類似的次同步振蕩現(xiàn)象，導(dǎo)致大量風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)[6]。

圖1 風(fēng)電場SSCI事故錄波Fig.1 Oscillography recorded at wind system during the event

與SSR和SSTI不同，SSCI與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系扭振完全無關(guān)，只是發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)與固定串補(bǔ)間的相互作用，振蕩頻率由發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)和傳輸線路參數(shù)決定[15]。同時，由于 SSCI沒有機(jī)械系統(tǒng)參與作用，系統(tǒng)對振蕩的阻尼作用較小，SSCI所導(dǎo)致的振蕩發(fā)散速度更快，危害比SSR和SSTI更嚴(yán)重。

風(fēng)電機(jī)組的SSCI與SSR、SSTI的區(qū)別見表1。

表1 SSR、SSTI、SSCI的區(qū)別Tab.1 SSR,SSTI,SSCI’s difference

2 各種類型風(fēng)電機(jī)組的SSCI特性

目前主流的風(fēng)電機(jī)組主要有籠型異步型風(fēng)電機(jī)組、永磁同步型風(fēng)電機(jī)組和雙饋感應(yīng)型風(fēng)電機(jī)組。這三種機(jī)組的結(jié)構(gòu)和控制策略不同，其對 SSCI的作用免疫情況也不同。

2.1 籠型異步風(fēng)電機(jī)組

籠型異步風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括定槳距風(fēng)力機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)和并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器，其中風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的軸系通過齒輪箱連接。由于這種類型的風(fēng)電機(jī)組不存在電力電子控制裝置，所以不存在SSCI問題。文獻(xiàn)[16]在PSCAD中進(jìn)行時域仿真，當(dāng)串補(bǔ)突然投入時，定子輸出有功功率、電壓和串補(bǔ)上的電流經(jīng)過短時間的小幅振蕩后變得穩(wěn)定，說明籠型異步風(fēng)電機(jī)組不存在 SSCI問題。文獻(xiàn)[17]的研究也認(rèn)為籠型異步風(fēng)電機(jī)組不存在SSCI問題。

圖2 籠型異步風(fēng)電機(jī)組Fig.2 Squirrel cage induction type wind turbine

2.2 永磁同步型風(fēng)電機(jī)組

在永磁同步型風(fēng)電機(jī)組中，風(fēng)力機(jī)直接與發(fā)電機(jī)相連，不需要齒輪箱升速，發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，通過交-直-交或交-交變頻器與電網(wǎng)相連，在電網(wǎng)側(cè)得到頻率恒定的電壓，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種類型的機(jī)組由于發(fā)電機(jī)與固定串補(bǔ)經(jīng)換流器相連，并沒有直接的耦合關(guān)系，諧振電流無法進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，因此不會發(fā)生SSCI問題[16,18,19]。如果經(jīng)固定串補(bǔ)線路外送電力的風(fēng)電場采用永磁同步型風(fēng)電機(jī)組，就會避免發(fā)生SSCI。文獻(xiàn)[16]利用多機(jī)系統(tǒng)仿真，系統(tǒng)在小幅振蕩后快速恢復(fù)穩(wěn)定，所以永磁同步型風(fēng)電機(jī)組不會發(fā)生SSCI。文獻(xiàn)[18]與文獻(xiàn)[19]通過時域仿真也表明永磁同步型風(fēng)電機(jī)組會發(fā)生SSCI。

圖3 永磁同步型風(fēng)電機(jī)組Fig.3 Permanent magnet synchronous wind turbines

2.3 雙饋感應(yīng)型風(fēng)電機(jī)組（DFIG）

DFIG是一種采用脈寬調(diào)制技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是目前主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。這種發(fā)電機(jī)除定子繞組與電網(wǎng)有電氣連接外，其轉(zhuǎn)子繞組也通過變流器（一般由轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器、直流電容及電網(wǎng)側(cè)逆變器組成）與電網(wǎng)相聯(lián)。通過在轉(zhuǎn)子繞組中施加變頻電流，在定子繞組中感應(yīng)出恒頻電動勢，從而實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻運行。

圖4 雙饋感應(yīng)型風(fēng)電機(jī)組Fig.4 Double fed induction generator

DFIG的數(shù)學(xué)模型：定子采用發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子采用電動機(jī)慣例，同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下，定、轉(zhuǎn)子電壓及磁鏈方程為

式中，p為微分算子；usd、usq和isd、isq為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子電壓、電流的dq軸分量；urd、urq和ird、irq為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子電壓、電流的dq軸分量；ψsd、ψsq和ψrd、ψrq為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定、轉(zhuǎn)子磁鏈的dq軸分量；ωs、ωr為定子和轉(zhuǎn)子的電氣角速度；Rs和Rr為定、轉(zhuǎn)子電阻；Ls，Lr和Lm為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定、轉(zhuǎn)子的等效自感及互感，Ls=Lss+1.5Lmm，Lr=Lrr+1.5Lmm，Lm=1.5Lmm，Lss，Lrr，Lmm分別為定、轉(zhuǎn)子漏感及互感。

DFIG的控制策略主要有矢量控制策略、直接功率控制策略、直接轉(zhuǎn)矩控制策略、多標(biāo)量勵磁控制策略和雙通道勵磁控制策略等[20]。矢量控制策略現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛。矢量控制也叫做矢量變換控制或解耦控制，就是令同步坐標(biāo)系的d軸與某一電磁量的合成矢量（定向矢量）同相。定向矢量可以是定子磁鏈、電網(wǎng)電壓、氣隙磁鏈等。

采用定子磁鏈定向，令定子磁鏈ψ1與dq坐標(biāo)系中的d軸同相，即ψsd=ψ1，ψsq=0[21,22]。假設(shè)定子磁鏈恒定，忽略定子電阻，則根據(jù)式（1）有usd=0，usq=?ωsψ1。代入式（2）～式（4），可以得到轉(zhuǎn)子電壓、電流的dq軸增量方程為

式中，a1=-Lm/Ls；a2=Lr-L2m/Ls。

圖5所示為DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制系統(tǒng)框圖。采用 dq解耦的雙閉環(huán)控制，d軸采用定無功功率Qref控制，q軸根據(jù)最大風(fēng)能追蹤機(jī)理求取在某一風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)輸出的最大功率，除去機(jī)械損耗后，將其作為DFIG輸出有功功率的參考值Pref[23]。Δps、Δqs分別為DFIG輸出的瞬時有功及無功功率變化量；kg2、ki2和kg1、ki1分別為控制器的內(nèi)、外環(huán) PI參數(shù)。

對于 DFIG的SSCI 問題是現(xiàn)有研究的重點。文獻(xiàn)[9]通過PSCAD仿真表明DFIG存在發(fā)生SSCI的危險，并通過保持控制回路輸出信號觀察振蕩變化趨勢，表明控制回路對SSCI有重要影響。文獻(xiàn)[16]通過多機(jī)系統(tǒng)仿真，得到功率和電流振蕩曲線，表明DFIG存在發(fā)生SSCI的危險。理論分析和工程實踐表明，DFIG最容易發(fā)生 SSCI問題，特別是當(dāng)風(fēng)電通過帶固定串補(bǔ)線路送出或故障下導(dǎo)致出現(xiàn)這種運行方式時。因此，本文以下將重點對 DFIG的SSCI問題進(jìn)行分析。

圖5 DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制框圖Fig.5 DFIG rotor-side converter control block

3 SSCI發(fā)生的機(jī)理與特性

3.1 SSCI發(fā)生的機(jī)理

發(fā)生擾動后，系統(tǒng)中諧振電流會在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出相應(yīng)的次同步電流，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子電流波形畸變和相位偏移。轉(zhuǎn)子側(cè)控制器感受到此變化后會調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，引起轉(zhuǎn)子中實際電流的改變。如果輸出電壓助增轉(zhuǎn)子電流增大，諧振電流的振蕩將會加劇，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的振蕩[7,24,25]，發(fā)生SSCI。

3.2 SSCI的特性分析

3.2.1控制器參數(shù)對SSCI的影響

文獻(xiàn)[9]通過對轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制回路的研究，認(rèn)為控制器內(nèi)環(huán)對 SSCI的影響較大，外環(huán)影響相對較小。并得出結(jié)論，轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制回路快速、直接的特性是引起 SSCI的主要原因。文獻(xiàn)[26]和文獻(xiàn)[17]進(jìn)一步研究表明，隨著轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制回路的內(nèi)環(huán)比例增益ki2（見圖5）的增大，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。線路電抗與電阻之比X/R=3時，隨著轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制回路的內(nèi)環(huán)積分增益kg2（見圖5）的減小，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定；X/R=9時，隨著kg2的增大，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。綜上，目前大部分研究都認(rèn)為控制器內(nèi)、外環(huán)參數(shù)對 SSCI的影響很大，但也有的研究認(rèn)為與控制器有關(guān)的狀態(tài)變量并不是 SSCI的主要影響因素。

文獻(xiàn)[27]通過特征值分析，結(jié)果表明轉(zhuǎn)子側(cè)變換器內(nèi)環(huán)電流控制對振蕩模態(tài)影響較小。文獻(xiàn)[28]通過頻率掃描和特征值分析認(rèn)為SSCI的參與因子主要是電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的狀態(tài)變量，而與控制有關(guān)的狀態(tài)變量對振蕩影響較小，驅(qū)動系統(tǒng)狀態(tài)變量則沒有參與。

3.2.2系統(tǒng)參數(shù)對SSCI的影響

機(jī)械系統(tǒng)雖然不參與SSCI的振蕩過程，但是SSCI發(fā)散快慢與機(jī)械系統(tǒng)提供的阻尼大小有關(guān)，而風(fēng)速影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，即影響機(jī)械系統(tǒng)提供的阻尼大小，所以風(fēng)速是影響SSCI的因素；SSCI是串補(bǔ)和發(fā)電機(jī)變頻器控制裝置相互作用產(chǎn)生的，所以串補(bǔ)度也是SSCI的影響因素。

（1）風(fēng)速。文獻(xiàn)[6]通過時域仿真得出結(jié)論，隨著風(fēng)速增大，系統(tǒng)阻尼增大，穩(wěn)定性增強(qiáng)。文獻(xiàn)[17,26,27]通過理論分析也得出了相同的結(jié)論。

（2）串補(bǔ)度。文獻(xiàn)[24]研究認(rèn)為隨著串補(bǔ)度的提高，系統(tǒng)等效電阻下降，甚至降為負(fù)值，使得系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。同時，振蕩頻率隨著串補(bǔ)度的升高而增大。文獻(xiàn)[17,26,27,29]分別通過理論分析和復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法分析也得出了相似的結(jié)論。

4 SSCI問題的研究方法

與傳統(tǒng)的火電機(jī)組次同步振蕩分析方法類似，目前應(yīng)用于 SSCI的分析方法有頻率掃描分析法、特征值分析法、復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法和時域仿真法，它們各有其優(yōu)缺點和適用范圍。

頻率掃描分析法是一種近似的線性方法，利用該方法分析問題時，需將研究的相關(guān)系統(tǒng)用正序網(wǎng)來模擬；除待研究的發(fā)電機(jī)之外的網(wǎng)絡(luò)中的其他發(fā)電機(jī)用次暫態(tài)電抗等效電路來模擬，對于分析含固定串補(bǔ)的系統(tǒng)中SSR問題十分有效。它的優(yōu)點是所需要的原始數(shù)據(jù)較少，計算方法簡單，物理概念明確；缺點是用它所得的結(jié)果是近似的，只能作為篩選可能發(fā)生 SSCI的系統(tǒng)的工具，無法精確地、定量地研究系統(tǒng)發(fā)生SSCI的詳細(xì)特性[3]。

特征值分析法可以分析振蕩模式及其阻尼特性；可以找出與SSCI強(qiáng)相關(guān)的參與因子，以便進(jìn)行監(jiān)測；可以對狀態(tài)變量進(jìn)行靈敏度分析，以便采取有效的預(yù)防對策。優(yōu)點是可以得到上述大量有用的信息，易得出抑制策略實施前后的特征值變化情況；缺點是對系統(tǒng)的描述只用正序網(wǎng)絡(luò)，求特征值的矩陣階數(shù)高，可能產(chǎn)生“維數(shù)災(zāi)”，難以應(yīng)用于多機(jī)電力系統(tǒng)的情況。

復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法在次同步頻率范圍內(nèi)對軸系機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)及電氣復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)進(jìn)行頻率掃描，根據(jù)使機(jī)械彈性系數(shù)和電氣彈性系數(shù)之和為零的頻率下，凈阻尼系數(shù)的正負(fù)來判定系統(tǒng)是否會發(fā)生次同步振蕩?？梢缘玫诫姎庾枘嵯禂?shù)隨頻率變化的全貌，還可以考慮到各種控制系統(tǒng)的動態(tài)過程及運行工況對次同步振蕩的影響。

時域仿真可用于分析包括 SSCI在內(nèi)的各種機(jī)網(wǎng)相互作用問題，適用于電力系統(tǒng)在各種大擾動下的暫態(tài)分析[30-33]。優(yōu)點是可以得到各參數(shù)隨時間變化的曲線，可以計及各種非線性因素的作用；缺點是無法為SSCI的發(fā)生機(jī)理提供信息，而且若對每臺風(fēng)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)建模將極大地增加仿真的復(fù)雜度，導(dǎo)致計算時間長、資源利用率低。

文獻(xiàn)[28]利用頻率掃描和特征值分析，得出SSCI和發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)狀態(tài)強(qiáng)相關(guān)的結(jié)論。文獻(xiàn)[34]運用頻率掃描和時域仿真得到發(fā)生 SSCI的條件。文獻(xiàn)[19]通過時域仿真得到發(fā)生 SSCI的條件。文獻(xiàn)[18]利用頻率掃描和時域仿真，認(rèn)為含永磁同步型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)是穩(wěn)定的，不會發(fā)生SSCI。文獻(xiàn)[26]利用特征值分析得出控制系統(tǒng)參數(shù)和串補(bǔ)度對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，并通過時域仿真驗證了之前的分析。

5 SSCI的抑制措施

SSCI問題涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家、風(fēng)電場以及電網(wǎng)公司等多個方面，是一個包含多學(xué)科的復(fù)雜問題，因此 SSCI問題的解決需要多方面的配合。國內(nèi)、外文獻(xiàn)中針對 SSCI的抑制措施，主要分為以下幾類[9,35-40]。

5.1 配置附加阻尼控制器（SSDC）

研究結(jié)果均表明，DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)的電流控制器對SSCI影響最為顯著[9]。因此，在轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制器上，為DFIG配置SSDC，進(jìn)而優(yōu)化DFIG的控制策略，能在一定程度上抑制SSCI。文獻(xiàn)[9,29,36,37]為DFIG設(shè)計了用于抑制SSCI的SSDC，取得了較好的抑制效果。此外文獻(xiàn)[37]中對比了加入 SSDC位置對抑制效果的影響，結(jié)果表明在轉(zhuǎn)子側(cè)換流器配置SSDC比在電網(wǎng)側(cè)換流器加入效果更顯著。

上述文獻(xiàn)只是針對單臺DFIG的SSCI問題進(jìn)行分析，SSDC抑制效果并沒有在多機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行驗證。此外，針對SSDC的參數(shù)選擇，并沒有給出可行的SSDC的設(shè)計方法。對于已經(jīng)投運的DFIG風(fēng)電場，采用此種方法對每臺 DFIG配置 SSDC，具有一定的困難。

5.2 采用FACTS裝置

針對傳統(tǒng)火電機(jī)組的SSR問題，以靜止無功補(bǔ)償器（SVC）和靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）為代表的并聯(lián)型FACTS裝置，以及以可控串補(bǔ)（TCSC）為代表的串聯(lián)型 FACTS裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于工程實際。文獻(xiàn)[38]對SVC和TCSC，文獻(xiàn)[39]對TCSC和晶閘管控制串聯(lián)電容器（GCSC），抑制風(fēng)電場的SSCI的控制策略分別進(jìn)行了分析，并驗證了當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動時，其對SSCI的阻尼效果。

采用 FACTS裝置抑制 SSCI，既可以依托于FACTS裝置原有的主要控制功能，采用附加控制的方式[40]，又可以采用專門的SSCI阻尼控制策略。該方法具有響應(yīng)速度快，抑制效果好的優(yōu)點，但投資較大，控制較復(fù)雜。

5.3 安裝阻塞濾波器或旁路濾波器

與抑制火電機(jī)組引發(fā)的SSR類似，在輸電線路上裝設(shè)阻塞濾波器能夠阻斷諧振電流的流動，避免SSCI的發(fā)生。在固定串補(bǔ)上并聯(lián)旁路濾波器也能抑制SSCI，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，其原理是調(diào)整L、C、R的參數(shù)使其在工頻狀態(tài)下發(fā)生并聯(lián)諧振，則工頻電流不通過旁路濾波器；當(dāng)電路中有諧振電流時，旁路濾波器呈現(xiàn)小阻抗，諧振電路流經(jīng)旁路濾波器，相當(dāng)于在系統(tǒng)串入了電阻R，進(jìn)而增加了系統(tǒng)的阻尼[13]。

圖6 旁路濾波器Fig.6 Bypass filters

5.4 合理安排系統(tǒng)運行方式和風(fēng)電機(jī)組的比例

SSCI多發(fā)生在風(fēng)電僅通過固定串補(bǔ)送出的情況下，并且其是否發(fā)生與系統(tǒng)的運行方式相關(guān)。因此，在規(guī)劃系統(tǒng)運行方式時，可以基于風(fēng)電場的詳細(xì)的電磁暫態(tài)模型，仿真分析各個運行方式下系統(tǒng)發(fā)生SSCI的可能性，盡可能避免有可能引發(fā)SSCI的運行方式出現(xiàn)。

此外，文獻(xiàn)[16]研究結(jié)果表明，永磁同步型風(fēng)電機(jī)組不會引發(fā)SSCI問題，而且能夠提供正阻尼，在一定程度上抑制DFIG的SSCI[16]。合理安排DFIG和永磁同步型風(fēng)電機(jī)組所占的比例，能夠在一定程度上緩解SSCI問題。

需要指出的是，上述措施只是在理論層面具有可行性，目前還沒有應(yīng)用到實際工程中，實際效果還需進(jìn)一步分析驗證。

6 研究展望

預(yù)計到 2020年，我國風(fēng)電總裝機(jī)容量將超過2億kW，其中海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到3 000萬kW，風(fēng)電年發(fā)電量達(dá)到3 900億 kW時，風(fēng)電發(fā)電量在全國發(fā)電量中的比重超過5%[41]，由此而引發(fā)的次同步振蕩尤其是 SSCI問題值得關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、并網(wǎng)方式與傳統(tǒng)火電機(jī)組有很大的區(qū)別，以往的針對火電機(jī)組 SSR問題的建模、機(jī)理以及抑制方法還不能直接應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分析中。未來在如下幾個方面亟待深入研究。

（1）SSCI發(fā)生機(jī)理的進(jìn)一步分析?，F(xiàn)在的研究普遍認(rèn)為發(fā)生 SSCI時變流控制器感受到轉(zhuǎn)子電流變化后會調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，引起轉(zhuǎn)子中實際電流的改變。上述結(jié)論只是針對單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與固定串補(bǔ)作用時的定性分析，沒有考慮實際中多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相互作用的影響，也沒有定量得到導(dǎo)致SSCI的關(guān)鍵參數(shù)[42]。

（2）SSCI分析方法的優(yōu)化改進(jìn)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)多采用特征值法對 SSCI問題進(jìn)行分析。但實際上由于變流器等電力電子裝置電磁暫態(tài)模型較難建立，許多研究的特征值分析使用變流器的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，造成分析不準(zhǔn)確。另外，特征值法計算量大，存在嚴(yán)重的“維數(shù)災(zāi)”問題，對于實際的大型風(fēng)電場多個機(jī)組的情況較難推廣應(yīng)用[43,44]。因此，能夠適用于工程實際的一套SSCI問題分析方法還有待探索。

（3）風(fēng)電與火電捆綁送出方式下的次同步振蕩相關(guān)問題研究。風(fēng)電的波動性特點決定了風(fēng)電難以單獨遠(yuǎn)距離輸送，需要與一定規(guī)模的火電打捆經(jīng)串補(bǔ)或者 HVDC送出[45,46]。經(jīng)固定串補(bǔ)送出時，不但會引發(fā)風(fēng)電機(jī)組的SSCI，還可能會引發(fā)常規(guī)火電機(jī)組的SSR。經(jīng)HVDC送出時，如果火電機(jī)組與HVDC換流站電氣距離較近，會存在發(fā)生 SSTI的危險[47,48]。此時的風(fēng)電、火電機(jī)組的次同步振蕩問題將變得十分復(fù)雜，其發(fā)生機(jī)理、二者如何相互影響以及采用何種方法抑制等諸多問題均有待深入分析研究。

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