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电力系统次同步振荡(Sub Synchronous Oscillation，SSO)是电力系统稳定性研究的经典问题之一。随着大规模新能源的接入，传统电力系统SSO问题呈现出新的形式。本文从风光火多源并网系统建模和分析方法、振荡机理和特性、次同步交互作用以及振荡抑制措施等4个方面，由单源到多源，研究了多源并网系统SSO的相关问题。
本文提出了适用于多源系统SSO分析的图形化建模方法以及基于图形化状态空间的阻抗分析法。图形化建模方法基于分块建模的思想，首先建立由基本元件构成的图形化模型库（状态空间形式），然后建立多源并网系统的状态空间模型。图形化建模方法可由模型库中基本元件直观地构建复杂系统状态空间模型，并可在源网接口处理上提供较大便利，具有独立性强、灵活性高、可视性好和扩展性强的优点。基于图形化状态空间模型，本文提出了一种基于状态空间的阻抗分析法(Impedance-based Method Based on State-space Models,IMBSM)。IMBSM将多源并网系统中非电气元件耦合到电气元件的动态特性，以导纳函数的形式统一建模;为配合IMBSM的应用，提出了一种新的串联谐振判据，该判据通过拾取源网子系统的视在谐振点，计算系统的谐振频率，可免除复数矩阵的运算，有利于IMBSM用于复杂系统;IMBSM不仅包含了系统特征值等关键信息，并且具有比阻抗扫描法更高的精度，同时拓展了现有阻抗分析法的应用范围。
采用特征值分析法研究了风电并网SSO的机理和特性，基于阻抗分析法，揭示了光伏(Photo voltaic，PV)并入弱交流电网SSO的机理和参数特性。建立了双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)经串补并网的图形化状态空间模型，采用特征值分析法计算系统特征值、阻尼比和参与因子，甄选出DFIG经串补并网SSO模式。结果表明，该SSO模式是由固定串补与变频器相互作用引起的次同步控制相互作用(Sub Synchronous Control Interaction，SSCI)。变频器PI参数对SSCI频率和阻尼具有较大影响，其中电网侧变频器(Grid Side Converter,GSC)内环PI参数起主导作用;SSCI的频率受串补度的影响较大，且振荡频率在电气谐振频率附近。永磁同步风电机组(Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG)经串补并网也存在发生SSCI的风险，其机理和参数特性与DFIG经串补并网SSCI相近。建立了大型PV电站的序阻抗模型，基于阻抗分析法，揭示了PV并入弱交流电网SSO的机理和参数特性。结果表明，在一定条件下，PV发电系统阻抗在次同步频域可能呈容性;随着电网强度的降低以及装机容量的增加，容性PV系统可能与感性电网发生次同步频率的电气谐振;随着光伏逆变器电流环比例增益减小，光伏发电系统次同步振荡风险增大，而增加锁相环比例增益和积分增益，可以降低这一风险。
分别采用特征值分析法、阻抗分析法以及时域仿真法，分场景（2种）研究了新能源(DFIG,PV)与火电机组的次同步交互特性。建立了新能源(DFIG,PV)与火电打捆经HVDC送出系统的状态空间和时域仿真模型。当新能源机组不发生SSO，而火电机组与HVDC相互作用引起了轴系次同步扭振互作用(SubSynchronous Torsional Interaction，SSTI)时（场景1），DFIG或PV接入能够缓解火电机组SSTI，且风电或光伏出力占比越大效果越好。对上述结果进行进一步分析，结果表明:新能源机组换流器的快速响应分担了火电机组与HVDC之间的次同步功率交互，从而使火电机组对SSTI的阻尼增加。采用IMBSM获取了火电机组包含轴系扭振特性的详细阻抗模型，进而分析了机组轴系扭振在电气阻抗函数伯德图上的特征，阐明了火电机组各扭振模式对新能源机组SSO的响应特征:当新能源机组(DFIG,PV)发生SSO而火电机组不发生SSTI时（场景2），若新能源机组SSO的频率与火电机组固有扭振频率相近，则火电机组轴系扭振可能会被激发;进一步研究了不同扭振模式对外部同频率功率振荡的敏感度，结果表明，不同扭振模式对外部同频率功率振荡的敏感度不同，火电机组机电耦合程度越大，对应的扭振模式对外部同频率功率振荡越敏感。
研究了基于附加次同步阻尼控制器(sub synchronous damping controller，SSDC)的多源并网系统SSO抑制技术。为抑制DFIG经串补并网SSCI，从电源侧和电网侧提出了解决方案。在DFIG转子侧换流器(Rotor Side Converter,RSC)中附加了SSDC，理论分析和仿真结果均表明其可以显著增加系统对SSCI的阻尼。设计了一种应用超导磁储能装置(Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES)附加SSDC抑制SSCI的方法，以DFIG出口处电气量的偏差作为SMES控制器附加输入信号，控制SMES生成幅值与相位均可变化的补偿电流，提高DFIG在相应次同步频率下的电气阻尼，并利用复转矩系数法分析了其作用机理。考虑到新能源场站电网电压支撑能力较弱，当SMES只采用有功附加SSDC时，可减小抑制过程对DFIG电压动态特性的影响。考虑新能源机组SSO导致火电机组经HVDC送出系统SSTI这一场景，为提高火电机组对SSTI的阻尼，基于HVDC整流站附加SSDC，时域仿真结果表明，仅在HVDC控制中附加SSDC，可将风电振荡导致的火电机组SSTI幅值显著降低，但振荡无法彻底消除;在此基础上，采用SMES附加SSDC，可以进一步提高火电机组对SSTI的阻尼。
本文提出了适用于多源系统SSO分析的图形化建模方法以及基于图形化状态空间的阻抗分析法。图形化建模方法基于分块建模的思想，首先建立由基本元件构成的图形化模型库（状态空间形式），然后建立多源并网系统的状态空间模型。图形化建模方法可由模型库中基本元件直观地构建复杂系统状态空间模型，并可在源网接口处理上提供较大便利，具有独立性强、灵活性高、可视性好和扩展性强的优点。基于图形化状态空间模型，本文提出了一种基于状态空间的阻抗分析法(Impedance-based Method Based on State-space Models,IMBSM)。IMBSM将多源并网系统中非电气元件耦合到电气元件的动态特性，以导纳函数的形式统一建模;为配合IMBSM的应用，提出了一种新的串联谐振判据，该判据通过拾取源网子系统的视在谐振点，计算系统的谐振频率，可免除复数矩阵的运算，有利于IMBSM用于复杂系统;IMBSM不仅包含了系统特征值等关键信息，并且具有比阻抗扫描法更高的精度，同时拓展了现有阻抗分析法的应用范围。
采用特征值分析法研究了风电并网SSO的机理和特性，基于阻抗分析法，揭示了光伏(Photo voltaic，PV)并入弱交流电网SSO的机理和参数特性。建立了双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)经串补并网的图形化状态空间模型，采用特征值分析法计算系统特征值、阻尼比和参与因子，甄选出DFIG经串补并网SSO模式。结果表明，该SSO模式是由固定串补与变频器相互作用引起的次同步控制相互作用(Sub Synchronous Control Interaction，SSCI)。变频器PI参数对SSCI频率和阻尼具有较大影响，其中电网侧变频器(Grid Side Converter,GSC)内环PI参数起主导作用;SSCI的频率受串补度的影响较大，且振荡频率在电气谐振频率附近。永磁同步风电机组(Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG)经串补并网也存在发生SSCI的风险，其机理和参数特性与DFIG经串补并网SSCI相近。建立了大型PV电站的序阻抗模型，基于阻抗分析法，揭示了PV并入弱交流电网SSO的机理和参数特性。结果表明，在一定条件下，PV发电系统阻抗在次同步频域可能呈容性;随着电网强度的降低以及装机容量的增加，容性PV系统可能与感性电网发生次同步频率的电气谐振;随着光伏逆变器电流环比例增益减小，光伏发电系统次同步振荡风险增大，而增加锁相环比例增益和积分增益，可以降低这一风险。
分别采用特征值分析法、阻抗分析法以及时域仿真法，分场景（2种）研究了新能源(DFIG,PV)与火电机组的次同步交互特性。建立了新能源(DFIG,PV)与火电打捆经HVDC送出系统的状态空间和时域仿真模型。当新能源机组不发生SSO，而火电机组与HVDC相互作用引起了轴系次同步扭振互作用(SubSynchronous Torsional Interaction，SSTI)时（场景1），DFIG或PV接入能够缓解火电机组SSTI，且风电或光伏出力占比越大效果越好。对上述结果进行进一步分析，结果表明:新能源机组换流器的快速响应分担了火电机组与HVDC之间的次同步功率交互，从而使火电机组对SSTI的阻尼增加。采用IMBSM获取了火电机组包含轴系扭振特性的详细阻抗模型，进而分析了机组轴系扭振在电气阻抗函数伯德图上的特征，阐明了火电机组各扭振模式对新能源机组SSO的响应特征:当新能源机组(DFIG,PV)发生SSO而火电机组不发生SSTI时（场景2），若新能源机组SSO的频率与火电机组固有扭振频率相近，则火电机组轴系扭振可能会被激发;进一步研究了不同扭振模式对外部同频率功率振荡的敏感度，结果表明，不同扭振模式对外部同频率功率振荡的敏感度不同，火电机组机电耦合程度越大，对应的扭振模式对外部同频率功率振荡越敏感。
研究了基于附加次同步阻尼控制器(sub synchronous damping controller，SSDC)的多源并网系统SSO抑制技术。为抑制DFIG经串补并网SSCI，从电源侧和电网侧提出了解决方案。在DFIG转子侧换流器(Rotor Side Converter,RSC)中附加了SSDC，理论分析和仿真结果均表明其可以显著增加系统对SSCI的阻尼。设计了一种应用超导磁储能装置(Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES)附加SSDC抑制SSCI的方法，以DFIG出口处电气量的偏差作为SMES控制器附加输入信号，控制SMES生成幅值与相位均可变化的补偿电流，提高DFIG在相应次同步频率下的电气阻尼，并利用复转矩系数法分析了其作用机理。考虑到新能源场站电网电压支撑能力较弱，当SMES只采用有功附加SSDC时，可减小抑制过程对DFIG电压动态特性的影响。考虑新能源机组SSO导致火电机组经HVDC送出系统SSTI这一场景，为提高火电机组对SSTI的阻尼，基于HVDC整流站附加SSDC，时域仿真结果表明，仅在HVDC控制中附加SSDC，可将风电振荡导致的火电机组SSTI幅值显著降低，但振荡无法彻底消除;在此基础上，采用SMES附加SSDC，可以进一步提高火电机组对SSTI的阻尼。