次同步振荡问题的成因分析

20世纪30年代，人们就发现了发电机“自励磁”现象，当发电机带容性负载或者是空载长输电线路时，会出现机端电压不断上升导致电压失控的现象。“自励磁”是系统在一定条件下产生的LC自激振荡，根据振荡分量是否与基频同步，又分为同步“自励磁”和异步“自励磁”。当发生异步“自励磁”时，发电机会提供异步功率，相当于一台异步发电机，从而产生增幅或等幅振荡，因此又被称为“异步发电机效应”或“感应发电机效应”。由于异步发电机效应只涉及电气系统谐振，易于发现和解决，危害较小，因此并没有得到广泛关注。

直到1970年12月和1971年10月，美国Mohave电厂由于线路串联电容器先后引起了两次严重的机组轴系振荡并造成发电机大轴损坏^[21]，人们通过研究才发现“机电扭转相互作用（electromechanical torsional interaction）”，后来又被称为“轴系扭转振荡（torsional os-cillation）”现象，即电气系统LC谐振激发发电机轴系扭转振荡，造成机械轴系的严重损坏。之后又发现，在系统操作或者故障时，也可能激发暂态过程中的强烈扭振，造成机轴的疲劳损伤，这种现象被称为“暂态扭矩放大作用（transient torque amplification）”。上述现象都涉及电气系统LC谐振，因此被统称为“次同步谐振（Subsynchronous Resonance，SSR）”^[22]。

1977年，在美国SqureButte电厂投入高压直流输电（High Voltage Direct Currenttrans-mission，HVDC）线路时，汽轮发电机组轴系发生了强烈的扭振，当把附近的串联电容器切除后，扭振现象仍然存在，说明这是因为HVDC而不是串联电容器所导致的。现场试验发现，在用于提高低频振荡阻尼的附加控制FSPC（Frequency Sensitive Power Control，频敏功率控制）首次投运时，邻近整流站的MiltonYoung电站438MW机组的1阶扭振模态（11.5Hz）受到激发；在不投运FSPC并切除附近一条230kV交流输电线路时，同样会引起该扭振模态的振荡失稳^[23]。此外，在美国的CU^[24]、IPP，瑞典的Fenno-Skan，印度的Ri-hand-Delhi等高压直流输电工程分析中，都表明了次同步振荡存在的可能性。进一步研究发现，HVDC、SVC、PSS（电力系统稳定器）等快速功率调节装置都有可能激发扭振，这种振荡被称为“装置引起的次同步振荡”。由于这时候不存在谐振电路，因此不再属于次同步谐振，而被统一称为“次同步振荡（Subsynchronous Oscillation，SSO）”。(www.xing528.com)

随着可再生能源的开发利用，新的次同步振荡问题随之产生。大规模风电的并网在采用串联补偿线路送出时出现了由风电机组控制器引发的次同步控制相互作用（Subsynchronous Control Interaction，SSCI），目前国外已有此类现象造成风电机组损坏的案例，这一问题尚在研究当中。