近年來，風力發(fā)電在國內外得到了迅猛的發(fā)展。2014年我國新增風電裝機容量為2319.6萬kW，單年裝機容量首次突破2000萬千瓦，同時累計裝機量達到1.14609億kW，突破了1.1億kW，雙雙創(chuàng)下歷史記錄[1,2]。
由于風電場大多地處偏遠地區(qū)，遠離負荷中心，常采用串聯(lián)補償技術解決大規(guī)模風電外送問題。研究表明，串聯(lián)補償技術存在誘發(fā)風電機組的次同步振蕩（Sub-SynonousOscillation，SSO）風險，不利于風電場以及外送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[3-8]。
風電機組的次同步振蕩問題有三種類型，分別是由風電機組控制器與固定串補之間的相互作用引發(fā)的次同步控制相互作用（Sub-SynonousControlInteraction，SSCI）[9,10]；風電機組軸系與固定串補之間的相互作用引發(fā)的次同步諧振（Sub-SynonousResonance，SSR）；風電機組控制器或者相鄰的FACTS裝置控制器與風電機組軸系之間的作用引發(fā)的裝置引起的次同步振蕩（Sub-SynonousTorsionalInteraction，SSTI）。
與火電機組不同，風機的軸系自然扭振頻率較低（1～10Hz），需很高的串補度才能激發(fā)軸系扭振模態(tài)[4]。工程實際中串補度難以滿足其激發(fā)條件，風電機組發(fā)生SSR的概率較小。風電機組SSTI問題尚未見諸文獻報道。因此，風電機組的SSR和SSTI問題并不嚴重，發(fā)生概率較大的是由風電機組控制器和固定串補相互作用引起的SSCI。
與傳統(tǒng)火電機組的次同步振蕩問題不同，SSCI是隨著風力發(fā)電技術的快速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的次同步振蕩現(xiàn)象。本文首先介紹了SSCI的由來以及各種類型風電機組對其的免疫能力，繼而歸納分析了SSCI發(fā)生機理與分析方法，總結了SSCI抑制措施。最后對SSCI的后續(xù)研究思路予以展望。
1SSCI問題的由來
目前公布的第一起SSCI事故發(fā)生于2009年9月，在美國德克薩斯州的某風電場。事故造成風力發(fā)電機組大量跳機以及內部撬棒電路損壞[11]。事故發(fā)生前，該風電場附近一條雙回線路中的一條發(fā)生接地故障并斷開[12]，導致系統(tǒng)接線方式發(fā)生變化，串補度突然上升。故障發(fā)生后，風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)與固定串補間出現(xiàn)持續(xù)增大的振蕩現(xiàn)象，發(fā)電機出口電壓電流畸變嚴重[13,14]，如圖1所示。
故障發(fā)生3s后，固定串補保護裝置將線路的固定串補旁路，振蕩逐漸被抑制[11]。事后分析結果表明，本次事故中并不存在SSR，而是由雙饋感應發(fā)電機（DoubleFedInductionGenerator，DFIG）的轉子側變流器與固定串補系統(tǒng)的相互作用所引起，文獻[13]將此種現(xiàn)象稱為次同步控制相互作用（Sub-SynonousControlInteraction，SSCI）。
2012年12月25日，我國華北電網某風電場發(fā)生類似的次同步振蕩現(xiàn)象，導致大量風機脫網[6]。
圖1風電場SSCI事故錄波
與SSR和SSTI不同，SSCI與風力發(fā)電機組軸系扭振完全無關，只是發(fā)電機控制系統(tǒng)與固定串補間的相互作用，振蕩頻率由發(fā)電機控制系統(tǒng)和傳輸線路參數(shù)決定[15]。同時，由于SSCI沒有機械系統(tǒng)參與作用，系統(tǒng)對振蕩的阻尼作用較小，SSCI所導致的振蕩發(fā)散速度更快，危害比SSR和SSTI更嚴重。
風電機組的SSCI與SSR、SSTI的區(qū)別見表1。
表1SSR、SSTI、SSCI的區(qū)別
2各種類型風電機組的SSCI特性（略）
目前主流的風電機組主要有籠型異步型風電機組、永磁同步型風電機組和雙饋感應型風電機組。這三種機組的結構和控制策略不同，其對SSCI的作用免疫情況也不同。
3SSCI發(fā)生的機理與特性（略）
發(fā)生擾動后，系統(tǒng)中諧振電流會在轉子上感應出相應的次同步電流，進而引起轉子電流波形畸變和相位偏移。轉子側控制器感受到此變化后會調節(jié)逆變器輸出電壓，引起轉子中實際電流的改變。如果輸出電壓助增轉子電流增大，諧振電流的振蕩將會加劇，進而導致系統(tǒng)的振蕩[7,24,25]，發(fā)生SSCI。
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