【摘要】：為了揭示靜止同步補償器抑制電網(wǎng)功率振蕩的機理,基于電氣轉矩分析法通過建立含靜止同步補償器的單機無窮大電網(wǎng)的機電尺度數(shù)學模型,分析了靜止同步補償器在電網(wǎng)功率振蕩抑制模式下影響同步發(fā)電機動態(tài)特性的物理機制,解釋了不同控制策略影響電網(wǎng)等效慣性系數(shù)、同步系數(shù)與阻尼系數(shù)的原理。研究結果表明:反饋同步機功角時,P、D控制器分別等效地改變系統(tǒng)的等效同步系數(shù)和等效阻尼系數(shù);反饋發(fā)電機轉速時,P、I、D控制器則分別等效地改變系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)、同步系數(shù)、慣性系數(shù);上述動態(tài)參數(shù)均隨P、I、D控制器控制系數(shù)的增大而增加。為了充分發(fā)揮靜止同步補償器對電網(wǎng)功率振蕩的抑制作用,進一步分析了影響振蕩抑制性能的關鍵因素及其作用規(guī)律,可為靜止同步補償器控制策略的分析和設計提供理論基礎。仿真結果驗證了靜止同步補償器抑制電網(wǎng)功率振蕩機理分析結論的正確性。
【圖文】：

轉子搖擺現(xiàn)象。轉子搖擺運動可用下述方程描述ｄδ／ｄｔ＝ω２Ｈｄω／ｄｔ＝Ｐｉｎ－Ｐｅ－Ｄ（ω－ωｓ｝）（１）式中：δ、ω分別為ＳＧ的功角、角頻率；ωｓ為同步角頻率；Ｈ、Ｄ分別為ＳＧ的慣性時間常數(shù)、阻尼系數(shù)；Ｐｉｎ、Ｐｅ分別為機械功率、電磁功率。ＳＧ的慣性時間常數(shù)（秒級）通常較大，電網(wǎng)發(fā)生功率振蕩時，振蕩周期通常較長。與電網(wǎng)并聯(lián)運行的電壓源型并網(wǎng)逆變器可通過快速無功控制，迫使處于振蕩過程中的發(fā)電機轉子迅速恢復穩(wěn)定運行。本文以圖１所示的ＳＴＡＴＣＯＭ接入單機無窮大系統(tǒng)模型［５－８，１２，１７－１８］來分析無功控制抑制電網(wǎng)振蕩的工作原理以及具體的物理機制。圖１振蕩抑制模式下的ＳＴＡＴＣＯＭ控制策略出現(xiàn)功率振蕩現(xiàn)象時，可利用發(fā)電機轉子轉速信號、轉子位置信號或諸如發(fā)電機電磁功率之類的等效信號，來控制ＳＴＡＴＣＯＭ向電網(wǎng)注入大小可調的無功功率，因此注入點的電壓將實時可調，進而改變ＳＧ的電磁功率Ｐｅ：當ＳＧ的轉速大于同步轉速時，增大ＳＧ的電磁功率；當轉速小于同步轉速１１３

西安交通大學學報第５１卷ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ時，減小發(fā)電機的輸出功率以抑制功角的增大，通過上述運行方式即可實現(xiàn)功率振蕩的快速抑制［１３－１６］。為了從數(shù)學模型上研究無功控制過程的機理，將圖１所示的物理系統(tǒng)簡化為圖２。ＳＧ用電動勢Ｅ∠δ串聯(lián)同步電抗Ｘ的簡化模型來表示，ＸＬ為傳輸線的等效電抗，且ＸＬ＝ｋＸ�？紤]到功率振蕩屬于機電時間尺度（秒級）的慢過程，而全控型ＰＷＭ逆變器的響應速度非�？�，，屬于毫秒級的電磁時間尺度的快過程，因此可將ＳＴＡＴＣＯＭ視為受控電流源，根據(jù)振蕩抑制模式的需要，輸出可控的電流Ｉｑ。若未特別說明，本文的物理量均指標幺值。圖２ＳＴＡＴＣＯＭ接入單機無窮大系統(tǒng)模型圖２模型的相量圖如圖３所示。為了簡化分析過程，假設Ｅ、Ｕ恒定不變，且Ｅ＝Ｕ。圖３系統(tǒng)模型的相量圖ＳＴＡＴＣＯＭ穩(wěn)態(tài)運行時，通過向系統(tǒng)注入無功功率來影響注入點的電壓Ｖ，進而影響ＳＧ的電磁功率。在圖２所示的電路模型中，ＳＧ輸出的電磁功率為Ｐｅ＝ＥＶｓｉｎα／Ｘ（２）無窮大電網(wǎng)吸收的有功功率為Ｐ∞＝ＶＵｓｉｎβ／ｋＸ（３）分析ＳＧ的靜態(tài)穩(wěn)定性及其動態(tài)失穩(wěn)機制時，常用其線性化模型（也稱為增量方程），即ｄΔδ／ｄｔ＝Δω２ＨｄΔω／ｄｔ＝ΔＰｉｎ－ΔＰｅ－ＤΔ｝ω（４）假定原動機的輸入功率保持恒定，即ΔＰｉｎ＝０。將式（２）線性化并代入式（４）得到標準動態(tài)方程ｄΔδ／ｄｔ＝ΔωＴＪｄΔω／ｄｔ＝－ＴＳΔδ－ＴＤΔ｝ω（５）式中：ＴＪ、ＴＳ、ＴＤ為表征系統(tǒng)慣性水平、同步

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