光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析

高本锋; 陈淑平; 刘毅

doi:10.7500/AEPS20220106002

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光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析
- Analysis on Coupling Path and Damping Characteristics of Sub-synchronous Oscillation Between Photovoltaic and LCC-HVDC System
- 电力系统自动化 2022年46卷第24期页码：66-75
- 作者机构：
  
  1.河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学),河北省保定市 071003
  2.国网山东省电力公司枣庄供电公司,山东省枣庄市 277100
  3.国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司,江苏省苏州市 215000
- 作者简介：
  
  高本锋(1981—)，男，博士，副教授，主要研究方向：高压直流输电和电力系统次同步振荡。E-mail：gaobenfeng@126.com
  陈淑平(1997—)，女，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：电力系统次同步振荡。E-mail：aprilchensp@126.com
  刘毅(1996—)，男，硕士，主要研究方向：电力系统次同步振荡。E-mail：ly2018ncepu@163.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2400800)
- DOI：10.7500/AEPS20220106002
  中图分类号：
- 收稿：2022-01-06，
  
  修回：2022-03-31，
  
  网络出版：2022-10-28，
  
  纸质出版：2022-12-25
- 稿件说明：
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高本锋,陈淑平,刘毅.光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析[J].电力系统自动化,2022,46(24):66-75.

GAO Benfeng,CHEN Shuping,LIU Yi.Analysis on Coupling Path and Damping Characteristics of Sub-synchronous Oscillation Between Photovoltaic and LCC-HVDC System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):66-75.
高本锋,陈淑平,刘毅.光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析[J].电力系统自动化,2022,46(24):66-75. DOI： 10.7500/AEPS20220106002.

GAO Benfeng,CHEN Shuping,LIU Yi.Analysis on Coupling Path and Damping Characteristics of Sub-synchronous Oscillation Between Photovoltaic and LCC-HVDC System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):66-75. DOI： 10.7500/AEPS20220106002.

摘要

随着电网换相型高压直流(LCC-HVDC)系统送端近区光伏容量的增加，光伏经LCC-HVDC外送系统的振荡稳定性问题日益凸显。然而，光伏与LCC-HVDC系统的次同步交互作用尚不明确，相关研究较少。为此，首先建立光伏经LCC-HVDC外送系统的闭环传递函数框图，探明次同步分量在光伏与LCC-HVDC系统间传递时的耦合路径；然后，提出一种阻尼分离方法，评估交互作用对系统次同步振荡（SSO）阻尼的影响；最后，结合时域仿真进行影响因素分析。研究结果表明：光伏自身的闭合回路及光伏与LCC-HVDC系统、交流系统的耦合路径均经过与直流电容振荡模态相关的传递函数，导致各类交互作用阻尼特性共同决定系统SSO特性；对于所提算例，光伏与交流系统、光伏与LCC-HVDC系统的交互作用为SSO提供负阻尼；LCC-HVDC系统定电流控制器和光伏逆变器外环的比例系数减小、积分系数增大，或光照强度增大时，系统SSO风险增大。

Abstract

With the increase of photovoltaic capacity near the sending-end of line-commutated-converter based high voltage direct current (LCC-HVDC) system

the oscillation stability of photovoltaic transmission system via LCC-HVDC is prominent. However

sub-synchronous interaction between photovoltaic and LCC-HVDC system is still unclear

and there are few related studies. Thus

the closed-loop transfer function block diagram of photovoltaic stations via LCC-HVDC system is established. Based on this

the sub-synchronous component coupling path between photovoltaic and LCC-HVDC system is revealed. Then

a damping separation method is proposed to evaluate the effects of sub-synchronous interactions on the system damping. Finally

the influencing factors are analyzed by time domain simulation. The results show that the closed loop of photovoltaic

the coupling path between photovoltaic

LCC-HVDC system

and AC system all pass through the transfer function related to the subsynchronous oscillation mode dominated by DC capacitance

resulting in the damping characteristics of various interactions jointly determining the sub-synchronous oscillation (SSO) characteristics of the system. For the case in this paper

the interaction between photovoltaic and AC system as well as photovoltaic and LCC-HVDC system provides negative damping for SSO. When the proportional coefficient of the outer loop of the photovoltaic grid-connected inverter and the LCC-HVDC system rectifier decreases

the integral coefficient of the outer loop of the photovoltaic grid-connected inverter and the LCC-HVDC system rectifier increases

or illumination intensity increases

the risk of SSO increases.

关键词

Keywords

references

刘振亚，张启平，董存，等 . 通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2513 - 2522 .

LIU Zhenya ， ZHANG Qiping ， DONG Cun ， et al . Efficient and security transmission of wind， photovoltaic and thermal power of large-scale energy resource bases through UHVDC projects ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2513 - 2522 .

丁明，王伟胜，王秀丽，等 . 大规模光伏发电对电力系统影响综述［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 1 ）： 1 - 14 .

DING Ming ， WANG Weisheng ， WANG Xiuli ， et al . A review on the effect of large-scale PV generation on power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 1 ）： 1 - 14 .

于永军，张艺，黄碧月，等 . 考虑SVG的光伏电站次同步振荡问题［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 8 ）： 2720 - 2730 .

YU Yongjun ， ZHANG Yi ， HUANG Biyue ， et al . Research on subsynchronous oscillation of photovoltaic power station equipped with SVG ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 8 ）： 2720 - 2730 .

张美清 . 含高比例电力电子化装备的弱送端系统动态相互作用分析研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2018 .

ZHANG Meiqing . Study of dynamic interaction analysis in weak sending-end power system with high proportion power electronics apparatus ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2018 .

马进，赵大伟，钱敏慧，等 . 大规模新能源接入弱同步支撑直流送端电网的运行控制技术综述［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3112 - 3120 .

MA Jin ， ZHAO Dawei ， QIAN Minhui ， et al . Reviews of control technologies of large-scale renewable energy connected to weakly-synchronized sending-end DC power grid ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3112 - 3120 .

姜齐荣，王亮，谢小荣 . 电力电子化电力系统的振荡问题及其抑制措施研究［J］. 高电压技术， 2017 ， 43 （ 4 ）： 1057 - 1066 .

JIANG Qirong ， WANG Liang ， XIE Xiaorong . Study on oscillations of power-electronized power system and their mitigation schemes ［J］. High Voltage Engineering ， 2017 ， 43 （ 4 ）： 1057 - 1066 .

杜威，姜齐荣，洪芦诚，等 . 光伏微电网孤岛运行时多种振荡模式的小信号建模分析［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 10 ）： 17 - 23 .

DU Wei ， JIANG Qirong ， HONG Lucheng ， et al . Small signal analysis of multiple oscillation modes in a photovoltaic microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 10 ）： 17 - 23 .

赵书强，李忍，高本锋，等 . 光伏并入弱交流电网次同步振荡机理与特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7215 - 7225 .

ZHAO Shuqiang ， LI Ren ， GAO Benfeng ， et al . Analysis of mechanism and characteristics in sub synchronous oscillation between PV and weak AC networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7215 - 7225 .

高本锋，姚磊 . 模糊自抗扰附加阻尼控制抑制光火打捆经串补送出的次同步振荡［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 7 ）： 121 - 127 .

GAO Benfeng ， YAO Lei . Supplementary damping control of SSO based on fuzzy active disturbance rejection control for photovoltaic-thermal-bundled system transmitted by series compensation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 121 - 127 .

陈钦磊，郭春林，于鹏，等 . 光伏、火电打捆经串补送出系统的次同步振荡研究［J］. 现代电力， 2016 ， 33 （ 5 ）： 59 - 67 .

CHEN Qinlei ， GUO Chunlin ， YU Peng ， et al . Research on subsynchronous oscillations in power system with photovoltaic-thermal-bundled power transmitted by series compensation ［J］. Modern Electric Power ， 2016 ， 33 （ 5 ）： 59 - 67 .

甄自竞，杜文娟，苏田宇，等 . 风-光伏混合电场并网对电力系统次同步振荡的影响［J］. 南方电网技术， 2019 ， 13 （ 3 ）： 64 - 72 .

ZHEN Zijing ， DU Wenjuan ， SU Tianyu ， et al . Influence of wind-photovoltaic hybrid farm's intergration on the sub-synchronous oscillation of power system ［J］. Southern Power System Technology ， 2019 ， 13 （ 3 ）： 64 - 72 .

杨博闻，谢小荣，严干贵，等 . 风电并网系统次同步振荡分析方法综述［J］. 电力建设， 2019 ， 40 （ 10 ）： 56 - 63 .

YANG Bowen ， XIE Xiaorong ， YAN Gangui ， et al . Review of subsynchronous oscillation analysis method for on-grid wind power systems ［J］. Electric Power Construction ， 2019 ， 40 （ 10 ）： 56 - 63 .

程时杰，曹一家，江全元 . 电力系统次同步振荡的理论和方法［M］. 北京：科学出版社， 2009 ： 148 - 159 .

CHENG Shijie ， CAO Yijia ， JIANG Quanyuan . Theory and method of power system sub-synchronous oscillation ［M］. Beijing ： Science Press ， 2009 ： 148 - 159 .

王星雨 . DSA Tools在电力系统小扰动稳定安全评估中的应用［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 24 ）： 95 - 102 .

WANG Xingyu . Application of DSA Tools on power system small signal stability security assessment ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 24 ）： 95 - 102 .

韩应生，孙海顺，穆清，等 . 一种基于元件离散模型的系统状态空间构成新方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 20 ）： 6569 - 6578 .

HAN Yingsheng ， SUN Haishun ， MU Qing ， et al . A novel approach to construct the power system state space based on the discrete-time state space model of the component ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 20 ）： 6569 - 6578 .

吴熙，关雅静，宁威，等 . 双馈风机转子侧变换器参数对次同步振荡的交互影响机理及其应用研究［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2536 - 2544 .

WU Xi ， GUAN Yajing ， NING Wei ， et al . Mechanism of interactive effect of RSC parameters in DFIG on SSO and its application ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2536 - 2544 .

WEN B . Stability analysis of three-phase AC power systems based on measured D - Q frame impedances ［D］. Blacksburg， Virginia ： Virginia Tech ， 2015 ．

LIU H K ， XIE X R ， HE J B ， et al . Subsynchronous interaction between direct-drive PMSG based wind farms and weak AC networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4708 - 4720 .

邵冰冰，赵书强，裴继坤，等 . 直驱风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡特性分析［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3344 - 3355 .

SHAO Bingbing ， ZHAO Shuqiang ， PEI Jikun ， et al . Subsynchronous oscillation characteristic analysis of grid-connected DDWFs via VSC-HVDC system ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3344 - 3355 .

刘斌，呼斯乐，王甲军，等 . 直驱风电场经LCC-HVDC外送系统阻抗建模及振荡机理分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3492 - 3504 .

LIU Bin ， HU Sile ， WANG Jiajun ， et al . Impedance modeling and oscillation mechanism analysis of D-PMSG-based wind farms integration through LCC-HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3492 - 3504 .

吴熙，蒋平 . 基于实用稳定域的次同步振荡阻尼控制器设计［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 25 ）： 123 - 129 .

WU Xi ， JIANG Ping . Subsynchronous damping controller design based on practical stability region ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 25 ）： 123 - 129 .

李青兰，黄伟，陈磊，等 . 电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 67 - 73 .

LI Qinglan ， HUANG Wei ， CHEN Lei ， et al . Mechanism and damping analysis method of impact of power system stabilizer on frequency oscillation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 67 - 73 .

贾祺，严干贵，李泳霖，等 . 多光伏发电单元并联接入弱交流系统的稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 3 ）： 14 - 20 .

JIA Qi ， YAN Gangui ， LI Yonglin ， et al . Stability analysis of multiple parallelled photovoltaic power generation units connected to weak AC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 3 ）： 14 - 20 .

熊连松，刘小康，卓放，等 . 光伏发电系统的小信号建模及其控制器参数的全局优化设计方法［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 5 ）： 1234 - 1241 .

XIONG Liansong ， LIU Xiaokang ， ZHUO Fang ， et al . Small-signal modeling of photovoltaic power generation system and global optimal design for its controller parameters ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 5 ）： 1234 - 1241 .

WU M ， XIE L ， CHENG L ， et al . A study on the impact of wind farm spatial distribution on power system sub-synchronous oscillations ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 2154 - 2162 .

XIE X R ， ZHANG X ， LIU H K ， et al . Characteristic analysis of subsynchronous resonance in practical wind farms connected to series-compensated transmissions ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1117 - 1126 .

张兴，曹仁贤 . 太阳能光伏并网发电及其逆变控制［M］. 北京：机械工业出版社， 2011 .

ZHANG Xing ， CAO Renxian . Solar photovoltaic grid-connected power generation and its inverter control ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2011 .

徐政 . 交直流电力系统动态行为分析［M］. 北京：机械工业出版社， 2004 ： 157 - 164 .

XU Zheng . Dynamic behavior analysis of AC/DC power system ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2004 ： 157 - 164 .

阮正鑫，张逸，张嫣，等 . 高比例光伏与配电网超高次谐波交互影响研究［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 2 ）： 18 - 25 .

RUAN Zhengxin ， ZHANG Yi ， ZHANG Yan ， et al . Interaction of high proportion photovoltaic and supraharmonic in distribution network ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 2 ）： 18 - 25 .

张美清，袁小明，胡家兵 . 基于自稳/致稳性的路径级数展开方法及其在含多样化电力电子装备电力系统稳定性分析中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1637 - 1655 .

ZHANG Meiqing ， YUAN Xiaoming ， HU Jiabing . Path series expansion method based on self-/ en-stabilizing properties and its application in the stability analysis of power systems with diversified power electronic devices ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1637 - 1655 .

黄云辉，翟雪冰，刘栋，等 . 弱电网下风力发电机组并网变流器直流电压稳定性机理分析［J］. 高电压技术， 2017 ， 43 （ 9 ）： 3127 - 3136 .

HUANG Yunhui ， ZHAI Xuebing ， LIU Dong ， et al . Stability analysis on DC-link voltage of wind turbine grid-connected converter as integrated to weak grid ［J］. High Voltage Engineering ， 2017 ， 43 （ 9 ）： 3127 - 3136 .

YUAN H ， YUAN X M ， HU J B . Modeling of grid-connected VSCs for power system small-signal stability analysis in DC-link voltage control timescale ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3981 - 3991 .

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