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user: 3. HVDC对次同步振荡特性的影响 HVDC的快速控制是引起次同步振荡的原因。发电机轴上微小的频率扰动，将引起换相电压幅值和相位的波动，会使触发角相位发生偏移，从而造成直流母线电压、直流电流及功率产生波动。HVDC控制系统响应这些变化进而影响到直流输送功率，并最终反馈到机组轴系，造成发电机电磁转矩的波动 [ 15 ] 。若电磁转矩的变化量和发电机角速度变化量之间的相位差超过90度，会出现负阻尼。而次同步振荡是否发生取决于该频率下的电气负阻尼与机械正阻尼的相对值。直流输电系统中，有很多因素影响电气阻尼，如运行方式、触发方式、控制方式以及控制器参数等。因此，研究这些因素对SSO的影响很有必要。 3.1. HVDC运行和控制方式对次同步振荡的影响 大量的实际与研究表明，HVDC引起的SSO只需考虑整流站附近的发电机组，而不必考虑逆变站附近的发电机组 [ 15 ] 。其原因是常规负荷都有正频率调节效应，这种效应对次同步频率范围的功率振荡有正阻尼作用，而整流站作为负荷是一种刚性负荷，没有该效应对功率振荡往往起负阻尼作用，有可能产生SSO；而逆变站相当于一个电源，其附近的发电机组并不向直流系统提供任何功率，而是与逆变站并列运行供电给常规负荷，另外，逆变站特性与常规负荷类似，因此，逆变站不会引起附近发电机组SSO [ 16 ] 。 HVDC运行在不同运行工况下，控制系统的触发方式、控制方式以及控制器参数会影响电气阻尼特性。一般在正常工况运行时，整流侧作定电流或定功率控制，逆变侧作定熄弧角或定电压控制。此时，整流侧控制系统对系统阻尼特性的影响来自两个方面，一为控制器本身的结构和参数，二为整流侧控制系统对与之相连的外部运行环境参数的改变的响应特性；而逆变侧控制系统需要配合整流侧的运行，其阻尼的影响主要由HVDC系统整流侧和逆变侧的控制器结构和参数决定，而对与之相连的外部运行环境参数改变的响应不明显 [ 17 ] 。 3.1.1. 换流器触发方式对次同步振荡影响 换流器触发相位控制是直流输电控制系统中改变换流阀的触发相位，实现直流输电系统及其换流装置运行状态调节的控制环节，有等触发角控制和等相位间隔控制两种控制方式 [ 18 ] 。等触发角控制又称按相触发控制。它的特点是：换流器的每一个换流阀都有各自分开的触发相位控制电路，直接以加在每个阀上各自的交流电压为参考 [ 18 ] 。由于经常发生谐波不稳定，这种控制方式目前已不在工程中采用。等相位间隔触发又称为等间隔触发。它与按相触发的不同在于它不以保证各阀触发角相等为目标，而是保证相继各触发脉冲时间的等相位间隔。由于触发脉冲间隔相等，产生的非特征谐波很有限，克服了按相控制的主要缺点，因此工程上普遍采用按相触发方式 [ 18 ] 。文献 [ 19 ] 计算结果表明，采用等间隔触发方式的HVDC输电系统比采用按相触发方式更容易引起不稳定的轴系扭振。 3.1.2. 换流器控制方式对次同步振荡影响 直流输电调节系统有四种基本调节方式：定电流调节，定功率调节，定电压调节和定熄弧角调节。除了基本调节方式外，直流输电系统还常常附加限制措施，如为了保证系统的正常运行，在整流侧附加最小触发延迟角控制，在逆变侧附加最小熄弧角控制 [ 19 ] 。在交直流输电系统中，为了利用直流输电的快速调节能力，来提高交流系统的动态能力，常常需要在换流器的调节器中增加专门的附加控制。无论采用哪种触发方式，整流侧采用定功率调节时，系统发生不稳定轴系扭振的可能性都比其采用定电流调节时的大 [ 19 ] 。文献 [ 20 ] 表明定功率控制比定电流控制在低频范围内有更大的负阻尼，并且非线性定电流控制比线性定电流具有更好的正阻尼特性。文献 [ 16 ] 得到相似的结果，定功率控制、定熄弧角控制相对于其他的控制方式是一种更易诱发扭振的控制组合。文献 [ 21 ] 得出，对于AC/DC并联系统，当逆变侧交流系统较弱时，逆变站两种基本控制方式(即定电压控制、定熄弧角控制)对电气阻尼的作用差别甚大，逆变站采用定熄弧角控制时更易激发低频振荡。 3.1.3. 控制系统调节器参数对次同步振荡影响 直流换流器控制系统的放大倍数及时间常数在不同的扰动频率时会对系统电气阻尼系数的产生一定影响，对于某些放大倍数，时间常数的值，将会造成系统在某些频域内呈现负阻尼，当直流输电的调节器参数整定不当时，可能引起机电扭振相互作用导致的扭振不稳定。无论采用哪种触发方式，随着整流侧定电流调节器增益的增大或时间常数的减小，发电机组发生不稳定轴系扭振的可能性都会增大 [ 19 ] 。文献 [ 21 ] 得出，随着整流站控制比例系数K的增大或时间常数T的减小，所产生负阻尼的频率将从低频范围向高频范围扩展，并且对于不稳定的扭振模态，单纯减小K或增大T，并不一定总能改善该模态下的电气阻尼特性。 3.1.4. HVDC在非正常工况下运行对次同步振荡影响 HVDC不同的运行工况可能影响系统和相关发电机组轴系之间相互作用的强弱程度。直流输电系统有时会出现非正常工况。比如，当系统处于整流侧定最小触发角 及逆变侧定电流运行方式时，一般发生在整流侧交流电压过低或逆变侧交流电压过高的条件下。 在非正常状态下运行时，由于HVDC控制系统逐渐丧失了对运行方式的调节裕度，其不再响应外部运行环境参数的改变，此时系统的阻尼特性曲线主要由控制系统在不同控制方式下的结构参数决定 [ 17 ] 。高压直流输电系统正常运行下的传输功率大于非正常运行方式下的传输功率。故HVDC系统在正常运行工况下较非正常运行工况而言，对系统阻尼特性的影响更大，在更宽的频带范围内呈现出更负的阻尼值 [ 17 ] 。文献 [ 19 ] 计算结果表明，直流输电线路输送功率的增加将使发生不稳定轴系扭振的可能性增大。 3.2. 多HVDC对次同步振荡的影响 随着我国直流输电工程的发展以及西电东送和全国联网的全面实施，多回直流输电线路落点同一交流系统的情况将越来越普遍，因此研究这种情况下发电机组的SSO问题，在理论上和工程实用上都具有重要意义 [ 22 ] 。与仅含单个直流换流站系统相比，落点于同一交流系统的直流换流器数目越多，有可能影响临近同步发电机组电气阻尼的因素也越来越多，例如交直流系统的网络结构，直流子系统各自的控制方式以及控制器参数，直流子系统控制器之间的协调程度等。 文献 [ 22 ] 将机组作用系数的概念推广到包含多个直流换流站的直流输电系统，结果表明：对于含有多个直流换流站的交直流系统，应该计算所有直流线路的机组作用系数，并采用综合机组作用系数来判断系统中发电机组次同步振荡的危险性。 3.3. HVDC与串补并联运行时的次同步振荡 在远距离、大容量输电中，广泛采用HVDC技术和串联补偿技术。而HVDC和串联补偿都有可能引发次同步振荡现象。二者引发SSO的机理不同，HVDC系统中，SSO是由于直流控制器的快速响应引起的 [ 23 ] ，而串联补偿的SSO是由于谐振现象引起的。但随着大区域电网互联，将出现很多带串补的复杂交流混合系统。SSO将由二者共同引起，二者相互作用使次同步振荡问题更复杂。 在交直流混合系统中，HVDC引起的SSO问题与整流侧机组和交流电网联系的强弱有关 [ 24 ] ；随着固定串补装置的增加，系统发生次同步振荡的危险越大；当串补度过小，次同步振荡现象由HVDC系统引起 [ 25 ] 。实际交直流系统中，通常在交流线路适当增加可控串联装置(TCSC) [ 24 ] [ 26 ] [ 27 ] 的补偿度来提高电气阻尼特性。文献 [ 27 ] 仿真结果表明，考虑串补装置对系统次同步振荡的影响，交直流混合弱联网运行方式发生次同步振荡风险大于交直流混合强联网运行方式。 3.4. HVDC与其它电气设备共同影响次同步振荡 电气设备(如FACTS装置等)或直流输电系统都有可能引起发电机组与电网之间不良的相互作用从而导致次同步振荡。不管是由FACTS引起的次同步振荡问题还是由直流输电引起的次同步振荡问题，国内外学者都已经进行了大量的研究，但绝大多数研究工作都是针对一种情况，即单独考虑FACTS装置的作用，或只研究直流输电系统对同步发电机组的作用，而二者引起次同步振荡的机理是不同的，因此当含有FACTS装置的交流输电线路与直流输电系统并列运行时，它们之间的相互作用使得次同步振荡问题更加复杂。 文献 [ 24 ] 考虑了TCSC和HVDC对系统次同步振荡阻尼特性的相互影响，对比结果得出，联网运行时改善了交流线路及HVDC单独运行时局部频率为负值的情况；TCSC不仅改善了交流线路的次同步振荡稳定性，也改善了HVDC的次同步振荡稳定性，提高了系统的整体稳定性。