华北电力大学赵书强团队特稿：应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法
华北电力大学“多能源系统优化与稳定技术研究”研究团队，负责人为赵书强教授，团队现有成员8人，其中教授2人（博导1人）、副教授2人、讲师4人，6人具有博士学位。团队主要研究方向为：电力系统分析与控制、电力系统规划与可靠性、新能源电力系统。团队近5年承担国家级、省部级以及企事业单位委托科技项目30余项，其中国家重点研发计划子课题2项，国家自然科学基金2项，河北省自然科学基金3项；在国内外重要期刊发表被SCI/EI检索论文100余篇；出版学术专著2部，授权发明专利20余项。
团队成员曾获省部级科技、教学成果奖励10人次。其中，项目“电力系统振荡的在线辨识与广域自适应控制”获2017年度河北省科学技术奖（技术发明奖）一等奖，研究成果已用于指导工程实际。团队研发的“电力系统谐波分析软件包”、“输配电系统可靠性分析评估系统”、“电网稳定裕度分析软件”、“负荷预测与分析系统”、“高压直流输电保护定值整定系统”等科研成果获得了实际应用。
赵书强，教授，博士生导师，河北省优秀教师，现任华北电力大学电力工程系党委书记。中国电机工程学会高级会员，河北省光伏产业技术研究院专家技术委员会副主任委员，中国电机工程学报、电工技术学报、电力系统自动化、电网技术等学术期刊审稿人。
高本锋，博士，副教授，硕士生导师。主要研究方向为：直流输电与FACTS技术、次同步振荡分析与控制。主持国家自然基金项目1项，主持横向课题10项，出版学术专著1部，发表被SCI/EI收录期刊论文20余篇。2017年，获河北省科学技术奖（技术发明奖）一等奖1项。
本文针对双馈风电场经串补送出系统存在的次同步控制相互作用（SSCI）问题，提出一种应用静止同步串联补偿器（SSSC）抑制SSCI的等效正电阻控制策略。该策略使接入线路中的SSSC输出与线路次同步电流同相位的同频次同步电压，通过SSSC在系统振荡频率下等效为正电阻以增大系统总电阻，进而保证系统总电阻处于正值区间，从而使系统免于诱发SSCI的风险。
DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.190033
现有针对双馈风电场经串补送出系统的SSCI问题已提出诸多解决方案。
一方面，通过优化风电机组控制器参数改善系统在振荡频率下的弱阻尼特性；其次，通过在风电机组换流器控制中附加阻尼控制策略以抑制SSCI。针对风电机组自身提出的解决方案具有一定的应用价值，但目前投产运行的风电机组数目众多，工程改造成本较大。
另一方面，现有文献报道利用并联型FACTS装置抑制SSCI的附加控制策略。受系统网架结构的影响，抑制装置注入电流存在分流稀释现象，因而抑制效果有限。
然而，目前鲜有文献研究串联型FACTS抑制装置，SSSC具有良好的控制灵活性，其在抑制火电次同步振荡问题方面研究成果较多，同时世界首套单独SSSC装置已实现商业化运行，因此研究利用SSSC抑制风电SSCI问题具有实际工程意义。
本文基于双馈风电场经串补送出系统的SSCI问题，首先分析了SSCI的发生机理，图1为DFIG接入串补系统在次同步频率下的等效电路，采用该等效电路求取了系统等值阻抗，并进行了合理简化分析，见式（1）；得出了系统等值电阻小于0是导致系统受到扰动后引发SSCI的主要原因。其次，基于提升系统在振荡频率下电阻的思路，介绍了SSSC抑制SSCI的原理图，如图2所示。
然后，介绍了SSSC抑制SSCI的控制策略，提出了SSSC附加有源电阻控制（Supplementary Active Resistance Control, SARC）策略，并对SARC策略参数进行了设计。最后，基于河北沽源双馈风电经串补并网系统实际工程时域仿真模型，采用频域及时域分析方法，仿真结果相互验证了利用SSSC抑制SSCI的可行性及有效性。
图1 DFIG接入串补系统在次同步频率下的等效电路
公式1
图2 SSSC抑制SSCI的原理
SSSC通过耦合变压器串联接入线路中，拓扑结构采用星形级联H桥结构，其整体控制策略包含基本控制策略和附加有源电阻控制（SARC）策略，如图3所示。
图3 SSSC抑制SSCI的整体控制策略
SARC基于线路电流反馈信号中的次同步电流分量生成同相位的次同步电压参考信号，其工作原理及构成如图4所示，包括宽频带滤波器、相位校正环节及比例限幅3部分。
图4 SARC的构成及原理
为了避免抑制初始时刻直流电容电压波动较大并同时有效抑制SSCI，本文通过大量的数字仿真，选取系统在最恶劣的运行工况下，能够抑制SSCI的最小增益Ku作为设定值。
下面对不同风速变化、串补度变化条件验证SSSC抑制SSCI的有效性。
图5 不同风速下频域及时域仿真结果
上述仿真结果表明，在低风速工况下发生SSCI时，SSSC等效为正电阻抬升Req至正值区域，使系统不具备失稳的条件。
图6 不同串补度下频域及时域仿真结果
上述仿真结果表明，较高串补度运行工况下，SSSC仍可有效抑制SSCI。SSSC的抑制效果受系统运行工况的影响较小，显著增强了系统的稳定性。
基于双馈风电场与串补系统发生SSCI的机理，提出利用SSSC产生正电阻的附加有源电阻控制（SARC）策略。通过在网侧增加次同步振荡频率下的电阻，确保系统具有正电阻而不具备发生SSCI的条件。结合实际工程模型，频域及时域仿真结果验证了该策略的可行性及有效性。
与现有的附加控制策略参数对系统动态运行工况适用性较差相比，SARC参数整定简便，并且在多种运行工况下均具有较好的适用性，因而工程应用性较强。
高本锋, 王飞跃, 于弘洋, 赵国亮, 邵冰冰, 赵书强. 应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法[J]. 电工技术学报, 2020, 35(6): 1346-1356. Gao Benfeng, Wang Feiyue, Yu Hongyang, Zhao Guoliang, Shao Bingbing, Zhao Shuqiang. The Suppression Method of Wind Power Sub-Synchronous Oscillation Using Static Synchronous Series Compensator. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(6): 1346-1356.