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摘 要：由于呼伦贝尔煤电基地某电厂机组通过高压直流输电系统外送出系统，会引起发电机轴系的的次同步振荡风险，为了实现SSDC较好的抑制效果，设计了基于PLL次同步信号提取方法的宽带SSDC，并通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真分析了SSDC的次同步振荡抑制效果。SSDC结构选择宽带SSDC结构，基于PLL提取HVDC整流侧交流母线电压信号中的次同步分量作为SSDC控制器的输入信号，采用频域校正法设计SSDC控制器传递函数，使其在幅频-相频特性上满足在较宽次同步频率范围内抑制次同步振荡的相应要求。
关键词：次同步振荡 SSDC PLL 频域校正法
中图分类号：X826 文献标示码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0066-02
Design and Andysis of SSDC for Hulun Buir Cool Bases Plant Transmission System
Li Guangshan1 Inner Mongolia Han Shumei2
（1.Huaneng Yimin Coal and Electricity Co.， Ltd， Hulun Buir， 021134；2.North China Electric Power University， Beijing，102206）
当发电机组通过高压直流输电系统（HVDC）外送功率时，会引发机组轴系的次同步振荡问题（Subsynchronous Oscillation，SSO），威胁机组轴系安全[1-4]。为解决直流引起的机组次同步振荡问题，目前国内在HVDC整流侧都会配有SSDC作为网侧抑制措施对SSO进行抑制[5-8]，但在一些实际工程中SSDC出现了无法启动而不能产生抑制效果的问题，所以有必要对SSDC的设计及抑制能力进行研究。
1 网侧SSDC抑制原理及设计
SSDC首先由美国电力研究院（EPRI）提出用来对HVDC引发的SSO进行抑制[9]，其基本原理就是为汽轮发电机组轴系在次同步频率点处提供额外的正电气阻尼[6]，从而达到抑制效果。
网侧SSDC的设计主要包括结构选取、输入信号选择提取及传递函数设计三个主要环节，其中信号提取和传递函数的设计是研究的重点。
1.1 结构选择
现有的SSDC结构主要分为两类：窄带SSDC与宽带SSDC。
窄带SSDC需要对每个模态进行提取与抑制会使控制系统十分复杂，故实际工程中多采取宽带SSDC的方式进行设计。
宽带SSDC是在SSDC起作用的次同步频段内需要对每一个次同步频率模态提供恰当的相位校正和增益，所以宽带SSDC设计需要比较细致的优化算法。
1.2 输入信号选择及提取
SSDC的输入信号应包含频率信息，通常可以采取的信号包括轴系转差、换流站母线电压、母线电流、功率等。同时，作为抑制HVDC引发SSO问题的SSDC，其输入信号应具备可实现性和有效性的特征[10]，所以采取HVDC整流侧交流母线电压信号作为输入信号。
SSDC的信号提取环节需要满足以下三个基本条件。
（1）信号提取时应尽量在排除噪音的同时对次同步信号进行提取，以达到良好的抑制效果。
（2）信号提取后的信号应能正确反映系统的状态。
（3）由于HVDC整流站两侧直流交流会发生频率变换，故信号提取过程中应同样实现对提取信号频率的转换。
由以上分析，对于频率偏差的测量成为了此环节的关键。分别对DFT、去调制、基于PLL提取方法三种方法进行比较，基于PLL的提取方法虽然测量精度略低，但它可实现在信号提取的同时完成频率转换，同时可以在避免滤波器带来的干扰的同时达到对信号提取较好的效果，所以选取基于PLL的提取方法作为SSDC的信号提取方法。
1.3 传递函数设计
SSDC传递函数的目的是对提取信号进行数学处理，从而实现对次同步振荡的抑制作用。频域校正法实际上是对相位的拟合，首先对在不同次同步频率点处所需补偿的相位进行求取，然后根据所得到的相频特性对传递函数进行设计。
传递函数需要满足两个基本条件。
（1）相位补偿应同时对所有模态进行补偿，传递函数在相频曲线上满足相应要求。
（2）传递函数的幅频特性需具有带通特性，务必使目标频率段幅值最大且基本一致，从而不被噪音干扰。
采用测试信号法[9]得到呼伦贝尔煤电基地某电厂送出系统各模态频率点处所需补偿的相位。为达到较好的SSO抑制效果，SSDC控制器传递函数相频特性必须满足在各模态频率下的幅值与待补偿相位近似相等。
2 结论
针对呼伦贝尔煤电基地某电厂存在的SSO风险，对作为网侧抑制措施的呼辽直流整流侧SSDC进行了详细的设计，使其能够对呼伦贝尔煤电基地某电厂送出系统中的所有机组SSO问题有较好的抑制效果。
参考文献
[1] Subsynchronous Resonance Working Group of the System Dynamic Performance Subcommittee. Reader’s guide to subsynchronous resonance[J]. Transactions on Power Systems，1992，7（1）： 150 - 157 .
[2] Piwko R J，Larsen E V.HVDC system control for damping of subsynchronous oscillations[J].IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1982，101（7）：2203-2211.
[3] 李立浧，洪潮.贵广二回直流输电系统次同步振荡问题分析[J].电力系统自动化，2007，31（7）：90-93.
[4] 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.
[5] Rauhala T，Ja rventausta P. On feasibility of SSDC to improve the effect of HVDC on subsynchronous damping on several lower range torsional oscillation modes[C]//Power and Energy Society General Meeting， 2010 IEEE.IEEE，2010：1-8.
[6] 高本锋，赵成勇，肖湘宁，等.高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器的设计与实现[J].高电压技术，2010，36（2）：501-506.
[7] 张望，曹森，郭宏光，等.SSR阻尼控制器在高岭背靠背直流工程中的应用[J].电力系统保护与控制，2009，37（15）：27-32.
[8] EPRI EL-2708.HVDC System Control for Damping Subsynchronous Oscillation.Project 1425-1 Final Report，1982.
[9] 张帆，徐政.直流输电次同步阻尼控制器的设计[J].电网技术，2008（11）：13-17.
[10] 冯煜尧，洪潮，杨煜，等.高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计[J].华东电力，2008（5）：53-56.
关键词：次同步振荡 SSDC PLL 频域校正法
中图分类号：X826 文献标示码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0066-02
Design and Andysis of SSDC for Hulun Buir Cool Bases Plant Transmission System
Li Guangshan1 Inner Mongolia Han Shumei2
（1.Huaneng Yimin Coal and Electricity Co.， Ltd， Hulun Buir， 021134；2.North China Electric Power University， Beijing，102206）
当发电机组通过高压直流输电系统（HVDC）外送功率时，会引发机组轴系的次同步振荡问题（Subsynchronous Oscillation，SSO），威胁机组轴系安全[1-4]。为解决直流引起的机组次同步振荡问题，目前国内在HVDC整流侧都会配有SSDC作为网侧抑制措施对SSO进行抑制[5-8]，但在一些实际工程中SSDC出现了无法启动而不能产生抑制效果的问题，所以有必要对SSDC的设计及抑制能力进行研究。
1 网侧SSDC抑制原理及设计
SSDC首先由美国电力研究院（EPRI）提出用来对HVDC引发的SSO进行抑制[9]，其基本原理就是为汽轮发电机组轴系在次同步频率点处提供额外的正电气阻尼[6]，从而达到抑制效果。
网侧SSDC的设计主要包括结构选取、输入信号选择提取及传递函数设计三个主要环节，其中信号提取和传递函数的设计是研究的重点。
1.1 结构选择
现有的SSDC结构主要分为两类：窄带SSDC与宽带SSDC。
窄带SSDC需要对每个模态进行提取与抑制会使控制系统十分复杂，故实际工程中多采取宽带SSDC的方式进行设计。
宽带SSDC是在SSDC起作用的次同步频段内需要对每一个次同步频率模态提供恰当的相位校正和增益，所以宽带SSDC设计需要比较细致的优化算法。
1.2 输入信号选择及提取
SSDC的输入信号应包含频率信息，通常可以采取的信号包括轴系转差、换流站母线电压、母线电流、功率等。同时，作为抑制HVDC引发SSO问题的SSDC，其输入信号应具备可实现性和有效性的特征[10]，所以采取HVDC整流侧交流母线电压信号作为输入信号。
SSDC的信号提取环节需要满足以下三个基本条件。
（1）信号提取时应尽量在排除噪音的同时对次同步信号进行提取，以达到良好的抑制效果。
（2）信号提取后的信号应能正确反映系统的状态。
（3）由于HVDC整流站两侧直流交流会发生频率变换，故信号提取过程中应同样实现对提取信号频率的转换。
由以上分析，对于频率偏差的测量成为了此环节的关键。分别对DFT、去调制、基于PLL提取方法三种方法进行比较，基于PLL的提取方法虽然测量精度略低，但它可实现在信号提取的同时完成频率转换，同时可以在避免滤波器带来的干扰的同时达到对信号提取较好的效果，所以选取基于PLL的提取方法作为SSDC的信号提取方法。
1.3 传递函数设计
SSDC传递函数的目的是对提取信号进行数学处理，从而实现对次同步振荡的抑制作用。频域校正法实际上是对相位的拟合，首先对在不同次同步频率点处所需补偿的相位进行求取，然后根据所得到的相频特性对传递函数进行设计。
传递函数需要满足两个基本条件。
（1）相位补偿应同时对所有模态进行补偿，传递函数在相频曲线上满足相应要求。
（2）传递函数的幅频特性需具有带通特性，务必使目标频率段幅值最大且基本一致，从而不被噪音干扰。
采用测试信号法[9]得到呼伦贝尔煤电基地某电厂送出系统各模态频率点处所需补偿的相位。为达到较好的SSO抑制效果，SSDC控制器传递函数相频特性必须满足在各模态频率下的幅值与待补偿相位近似相等。
2 结论
针对呼伦贝尔煤电基地某电厂存在的SSO风险，对作为网侧抑制措施的呼辽直流整流侧SSDC进行了详细的设计，使其能够对呼伦贝尔煤电基地某电厂送出系统中的所有机组SSO问题有较好的抑制效果。
参考文献
[1] Subsynchronous Resonance Working Group of the System Dynamic Performance Subcommittee. Reader’s guide to subsynchronous resonance[J]. Transactions on Power Systems，1992，7（1）： 150 - 157 .
[2] Piwko R J，Larsen E V.HVDC system control for damping of subsynchronous oscillations[J].IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1982，101（7）：2203-2211.
[3] 李立浧，洪潮.贵广二回直流输电系统次同步振荡问题分析[J].电力系统自动化，2007，31（7）：90-93.
[4] 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.
[5] Rauhala T，Ja rventausta P. On feasibility of SSDC to improve the effect of HVDC on subsynchronous damping on several lower range torsional oscillation modes[C]//Power and Energy Society General Meeting， 2010 IEEE.IEEE，2010：1-8.
[6] 高本锋，赵成勇，肖湘宁，等.高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器的设计与实现[J].高电压技术，2010，36（2）：501-506.
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[8] EPRI EL-2708.HVDC System Control for Damping Subsynchronous Oscillation.Project 1425-1 Final Report，1982.
[9] 张帆，徐政.直流输电次同步阻尼控制器的设计[J].电网技术，2008（11）：13-17.
[10] 冯煜尧，洪潮，杨煜，等.高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计[J].华东电力，2008（5）：53-56.