基于动态阻抗量测的风电系统次同步谐振扰动源定位研究

Identifying sources of subsynchronous resonance (SSR) is of great importance for the safe operation of wind power systems. With the continuous integration of renewable generations, the number of SSR sources is growing rapidly, which makes the characteristics of SSR unpredictable and time-variant. As a result, identifying SSR sources is becoming more and more challenging. Considering the difficulty of accessing the accurate real-time model of a wind power system, this project aims to propose a measurement-based method for SSR source identification. First, the problem of optimal placement of SSR monitoring devices will be investigated. The objective is to cost-effectively provide the waveform data at several key buses. Then, the project attempts to model SSR sources using the measured impedance at the SSR frequency. The impact of dynamic nature of SSR on the impedance measurement will be investigated and a self-adapt impedance-measurement algorithm will be proposed. Finally, based on the information fusion theory, the network model at the SSR frequency will be developed. The SSR sources can be then identified from the perspectives of resonance and damping, respectively. The project aims to provide the theoretical basis to suppress and prevent SSR timely and give an important theoretical and technical support for the optimal operation of power systems and high consumption of renewable energy.

准确定位引发次同步谐振的扰动源对于风电系统的安全稳定运行具有重要意义。随着新能源并网容量的不断扩增，潜在扰动源数目增多，复杂多变的系统运行工况使得振荡特性影响因素繁多，振荡特征的时变性显著，扰动源定位也因此变得更具挑战性。为此，本项目针对大规模风电-串补系统，考虑其实时准确模型难获取的特点，提出基于动态阻抗量测的扰动源定位方法。通过引入振荡监测关键度概念，研究监测装置的优化配置问题，从而经济、有效地获取振荡波形数据；在此基础上，计及风电系统高度时变性提出自适应阻抗量测算法，并分析振荡动态分量对阻抗量测的影响机理，以实现对潜在扰动源的准确描述；最后，通过融合多源基础信息建立谐振频率下的系统模型，从谐振、阻尼两个角度递进式分析振荡机理，实现扰动源定位。项目旨在为抑制和快速平息电网次同步谐振提供理论依据，并为电网的优化运行与新能源的高效消纳提供理论和技术支撑。

准确定位引发次同步振荡的扰动源对于风电系统的安全稳定运行具有重要意义。随着新能源并网容量的不断扩增，潜在扰动源数目增多，复杂多变的系统运行工况使得振荡特性影响因素繁多，振荡特征的时变性显著，扰动源定位也因此变得更具挑战性。为此，本项目针对大规模风电并网系统，考虑其实时准确模型难获取的特点，提出基于动态阻抗量测的扰动源定位方法，利用振荡发生时的动态信息对潜在振荡源如风电场、火电机组等进行阻抗量测，并进一步融合多源信息分析振荡机理，实现扰动源定位。.主要研究内容及结果包括：①论证了同步相量测量单元(PMU)监测次同步振荡的可行性与局限性：分析了PMU在数据采集、时间同步以及信息存储等方面的特性，推导了含次超同步振荡分量的同步相量数学模型，将基于PMU数据的次同步振荡监测问题转化为了模态参数提取问题，明晰了PMU监测次同步振荡的可行性与局限性。② 提出了一种考虑节点关键度的次同步监测装置(SPMU)最优配置方案：从振荡监测、溯源两个角度提出了风电并网系统节点监测关键度评价指标，建立了风电并网系统节点监测关键度评价体系，提出了计及节点监测关键度的风电并网系统SPMU全周期及多阶段优化配置方法，解决了现有广域测量系统难以提供可靠的振荡动态数据的问题。③ 提出了基于改进固有时间尺度分解算法(ITD)的次同步振荡监测方法，解决了ITD算法在应用于次同步振荡监测时无法准确检测超同步分量等问题，并且提出了一套完整的次同步振荡监测策略，包括信号预处理、振荡监测和决策等，使振荡监测结果具有可靠性和稳定性。④ 提出了基于模态阻抗/功率的在线振荡溯源方法，利用系统模态阻抗是否呈现负阻尼与系统端口模态功率的吸收与释放进行振荡源定位。项目组通过广泛的分析、仿真及实验研究以说明和验证上述研究结论。结果证实，项目提出的利用动态阻抗量测定位次同步振荡扰动源的方案切实可行，优势明显。研究成果对于优化新型电力系统监测平台，深化阻抗量测理论，完善系统阻尼评估方法具有重要意义，同时也为分析和治理次同步振荡提供理论与技术依据。