分析！电力电子设备引起电力系统振荡的问题

  根据非线性动力学的理论可知，非线性系统的振荡大致可分为4类：系统周期性振荡、准周期振荡、系统混沌解对应的非周期振荡和平衡点附近运动轨迹对应的负/弱阻尼振荡。但在实际非线性系统中，因存在测量误差，严格的周期振荡、准周期振荡与混沌振荡很难区分，因此能认为是一种幅值较大的振荡，而平衡点附近的负/弱阻尼振荡是幅值很小的振荡。

  目前，分析电力系统振荡基本都是基于平衡点线性化理论包括小信号分析方法和阻抗特性分析方法，如低频振荡和次同步振荡的分析，因此仅适用于分析弱阻尼或负阻尼引起的小幅振荡/谐振。而电力系统是本质非线性的，因此，今后应加强电力系统周期解、准周期解与混沌解机理的分析，以完全揭示电力系统的振荡机理。

  对于多变换器并联微电网中的振荡问题，若在变换器输出的LCL滤波器的电容C上并联一个虚拟电阻，如图6所示（RV为虚拟电阻），该电阻通过变换器的控制来模拟实现，则可增加阻尼。若该电阻取值合适，则能抑制该微电网中的各种振荡。虚拟电阻法实施容易且不会增加实际的有功损耗，可以针对所有频段的振荡提供阻尼，因此在许多场合如多APF并联情况都得到了应用。

  对于恒功率控制导致的振荡，能减小PI控制的比例系数，从而增大时间常数，达到避免振荡的目的，也可以在控制环中加入相位校正环节，但是，这会降低变换器的动态性能。此外，将恒功率控制改为恒电流控制，同样可避开振荡的发生。

  对于因电力电子装置如HVDC、新能源发电等引起火力发电机次同步振荡问题，可以在发电机机端安装阻尼装置称为机端次同步阻尼器（GTSSD），图7(a)为安装在GTSSD的原理图，这些控制器根据所需要阻尼的频段设计控制器中的滤波器、相位补偿和电流参考值计算，如图7(b)所示。现场试验表明，安装GTSSD可以轻松又有效地抑制发电机的轴系扭振，如图8所示。

  电力电子装置具有体积小、价格低、响应速度快、可以在一定程度上完成精确控制等诸多优点，因此，在电力系统的发、输、配、用等所有的环节均得到了广泛的应用。目前，电力系统电子电子化的趋势已经十分明显。通过本文研究能够获得如下结论：

  1）电力电子装置的电磁振荡及其引起的机电振荡问题日渐突出，已成为制约电力电子装置或新能源发电应用的关键因素。

  2）电力电子化电力系统是非线性动力系统，其大幅度的周期、准周期、非周期混沌振荡难以区分，目前还没有成熟的分析方法，需要采用时域仿真和理论分析相结合的办法来进行深入研究。

  3）电力电子化系统平衡点附近运动轨迹对应的负/弱阻尼振荡能够最终靠平衡点线性化办法来进行分析，因而可以找到振荡源并采取增加阻尼的方法抑制振荡。

  4）在各类抑制方案中，增加抑制振荡的电力电子装置可解决许多振荡原因不明确、振荡源不能准确定位的振荡，具备比较好的工程应用前景。

  在振荡机理研究的基础上，下一步需要深入研究电力电子装置的并网控制策略，并制定合适的标准以防止振荡的发生。

  姜齐荣，博士，教授，博士生导师,主要研究方向:柔性输配电技术、电能质量分析与控制、新能源发电与分布式发电技术。

  王亮，博士，讲师，主要研究方向：灵活交流输配电系统建模与控制及其在电力系统稳定和电能质量方面的应用。

  谢小荣，博士，副教授，主要研究方向：电力系统稳定分析与控制、柔直流输配电技术、电力系统次同步振荡、微电网技术。

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