專利名稱：一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法
技術領域：
本發(fā)明提出了一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法，屬于電力科學的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控 制，特別涉及使用可控高壓并聯(lián)電抗器抑制大型汽輪機組次同步諧振的方法。
背景技術：
在電力系統(tǒng)中，汽輪發(fā)電機組經(jīng)串補接入系統(tǒng)可能引發(fā)汽輪機組軸系與電網(wǎng)電氣系統(tǒng) 相互作用的次同步諧振(sub-synchronous resonance, SSR)現(xiàn)象。這種電氣-機械諧振現(xiàn)象嚴重 時能在短期內(nèi)損壞發(fā)電機軸系；即使諧振較輕，也會顯著消耗軸的機械壽命。1970年和1971年美國Mohave電站發(fā)電機軸系的兩次扭振破壞后，次同步諧振問題 引起廣泛關注。解決次同步諧振的根本措施是在系統(tǒng)規(guī)劃階段充分考慮次同步諧振的風 險，從網(wǎng)絡結構避免次同步諧振的發(fā)生。國外電網(wǎng)結構較完善，近年來已鮮有關于次同步 諧振問題的報道。國內(nèi)由于能源和負荷分布的不平衡，輻射狀大容量遠距離火電送出結構 較為常見，在這種網(wǎng)絡結構裝設串補存在次同步諧振的風險。國內(nèi)外先后嘗試過發(fā)電機組 裝設極面阻尼繞組、電廠升壓變壓器中性點裝設阻塞濾波器、附加勵磁阻尼控制、可控旁 路電阻、可控串補、動態(tài)穩(wěn)定器等抑制次同步諧振的措施，上述措施均存在一定的局限性， 例如成本高、效果差、實施困難等。發(fā)明內(nèi)容針對火電送出系統(tǒng)次同步諧振問題，以及現(xiàn)有解決措施的不足，本發(fā)明提出一種新的 次同步諧振抑制方法，即采用可控高壓并聯(lián)電抗器抑制電力系統(tǒng)次同步諧振。因此，本發(fā)明提出了一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法，采用電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機 組軸系的轉速測量信號作為輸入信號，經(jīng)數(shù)字信號算法處理后從中辨識出汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征，其特征在于將汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征信號采用次同步諧振控制策略在 線計算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，動態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器的容量， 從而相應動態(tài)調(diào)整電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組的無功功率、電壓、有功功率和轉速，達到抑制 汽輪發(fā)電機組次同步諧振的效果。所述動態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器的容量的方法，包括(1) 由所述電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組提供轉速信號作為輸入信號；(2) 延遲環(huán)節(jié)代表測量系統(tǒng)的時延；(3) 濾波環(huán)節(jié)主要用于濾除高頻干擾以及低頻功率振蕩信號；(4) 采用n個帶通環(huán)節(jié)分別獲得n個次同步振蕩模式的轉速偏差信號；(5) 采用比例控制器作為次同步諧振的基本控制策略；(6) 分別對n個模式的控制信號進行相位補償；(7) n個模式的控制信號加上參考導納作為高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制信號；(8) 根據(jù)容量信號計算得到勵磁電流，通過勵磁支路控制勵磁電流，從而動態(tài)調(diào)整高 壓可控并聯(lián)電抗器的容量，其中n為正整數(shù)。 本發(fā)明的優(yōu)點是可控高壓并聯(lián)電抗器原本用于解決超/特高壓輸電系統(tǒng)的無功平衡和過電壓問題，目前 我國已投運兩套500kV可控高壓并聯(lián)電抗器，還計劃在750kV、 1000kV電網(wǎng)應用可控高 壓并聯(lián)電抗器；可控高抗在超/特高壓電網(wǎng)中的應用將越來越廣泛。本發(fā)明提出的控制策略疊加在高壓可控并聯(lián)電抗器基本控制策略之上，不會影響可控 高抗補償無功、抑制電壓波動和限制過電壓的基本功能。應有本發(fā)明對高壓可控并聯(lián)電抗 器主要參數(shù)改變不大，成本增加不多。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1是依據(jù)本發(fā)明的一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法的高壓并聯(lián)電抗器控制方法 的框圖；圖2是仿真驗證本發(fā)明的一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法的系統(tǒng)接線示意圖； 圖3是依據(jù)本發(fā)明的一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法不采用抑制措施時次同步諧 振現(xiàn)象的波形圖；圖4是采用依據(jù)本發(fā)明的一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法對次同步諧振抑制效果 的波形圖。
具體實施方式
可控高壓并聯(lián)電抗器原本用于解決超/特高壓輸電系統(tǒng)的無功平衡和過電壓問題，目前我國已投運兩套500kV可控高壓并聯(lián)電抗器，還計劃在750kV、 lOOOkV電網(wǎng)中應用可控 高壓并聯(lián)電抗器。常規(guī)可控高壓并聯(lián)電抗器采用電力電子技術，其容量可動態(tài)調(diào)節(jié)；本發(fā)明提出通過在 可控高壓并聯(lián)電抗器控制器中加入次同步諧振抑制模塊的辦法解決次同步諧振問題。在采 用適當?shù)目刂撇呗曰A上，高壓可控并聯(lián)電抗器可以增加次同步頻率范圍的電氣阻尼，從 而達到抑制次同步諧振的作用。具體方法為采用在汽輪發(fā)電機組軸系測量的轉速信號作 為輸入信號，經(jīng)適當處理后從中辨識出汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征，再利用次同步諧振抑 制策略在線計算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，動態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器 的容量，從而動態(tài)調(diào)整機組無功、電壓、有功、轉速，達到抑制機組轉速在次同步頻率范 圍的波動，避免由于機電耦合作用導致機組軸系在其特征頻率發(fā)生次同步諧振。其中用于 抑制次同步諧振的高壓并聯(lián)電抗器控制框圖如圖l所示。說明如下(1) 由汽輪發(fā)電機組提供轉速信號作為輸入信號；(2) 延遲環(huán)節(jié)代表測量系統(tǒng)的時延；(3) 濾波環(huán)節(jié)主要用于濾除高頻干擾以及低頻功率振蕩信號；(4) 采用n個帶通環(huán)節(jié)分別獲得n個次同步振蕩模式的轉速偏差信號；(5) 采用比例控制器作為次同步諧振基本控制策略；(6) 分別對n個模式的控制信號進行相位補償；(7) n個模式的控制信號加上參考導納作為高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制信號；(8) 根據(jù)容量信號計算得到勵磁電流，通過勵磁支路控制勵磁電流，從而動態(tài)調(diào)整高 壓可控并聯(lián)電抗器的容量。此外，在高壓可控并聯(lián)電抗器工程中增加本發(fā)明提出的抑制次同步諧振功能還應與高 壓可控并聯(lián)電抗器原有功能相協(xié)調(diào)?？煽馗呖箍梢灶l繁調(diào)整容量，滿足不斷變化的系統(tǒng)對 無功的需求，增加系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定裕度；從動態(tài)穩(wěn)定的角度來看，可控電抗根據(jù)需要控制 的節(jié)點電壓進行調(diào)節(jié)，抑制暫態(tài)過程中的電壓波動，提高動態(tài)電壓支撐能力。本發(fā)明提出 的控制策略疊加在高壓可控并聯(lián)電抗器基本控制策略之上，調(diào)節(jié)高壓并聯(lián)電抗器的容量按 次同步頻率(一般是幾赫茲到四十幾赫茲)波動，其引起的穩(wěn)態(tài)(或低頻)容量波動基本 為0，這種容量波動對穩(wěn)態(tài)或低頻變化的電壓波動的影響很小，因此不會影響可控高抗補 償無功和抑制電壓波動的基本功能。若高壓可控并聯(lián)電抗器裝設在線路上，則具有限制過 電壓的功能。從限制過電壓角度來看，在線路發(fā)生故障條件下，線路保護動作的同時要求高壓可控并聯(lián)電抗器迅速調(diào)節(jié)到最大容量。若線路發(fā)生多相故障，則線路及其串補同時被 切除，不需本線路上高壓可控并聯(lián)電抗器運行抑制次同步諧振功能；若線路發(fā)生單相故障， 由于非故障相線路、串補仍處于運行狀態(tài)，則建議高壓可控并聯(lián)電抗器抑制次同步諧振模 塊也同時運行，起到抑制次同步諧振的作用。本發(fā)明輸出的容量命令正比于機組軸系次同步模態(tài)頻率轉速偏差，在穩(wěn)態(tài)情況下，由 于采用本發(fā)明后抑制了機組次同步諧振，機組軸系轉速偏差接近0，則輸出的容量命令也 接近于0。即本發(fā)明對可控高抗的穩(wěn)態(tài)容量需求基本為0。在暫態(tài)擾動下，系統(tǒng)操作或故 障均可能引起軸系按其特征頻率扭振，則產(chǎn)生相應模特的轉速偏差，相應的本發(fā)明控制系 統(tǒng)輸出容量調(diào)節(jié)命令，因此本發(fā)明要求高壓可控并聯(lián)電抗器有一定的暫態(tài)容量調(diào)節(jié)能力， 在某些特殊情況下可能超出原有高壓可控并聯(lián)電抗器工作能力范圍，在設計中可根據(jù)抑制 次同步諧振的要求作適當調(diào)整。例如，不妨設高壓可控并聯(lián)電抗器原有工作范圍需求為 込 Qw,本發(fā)明需要的短時容量調(diào)節(jié)范圍為-込 +込，則若采用本發(fā)明，新的高壓可控并聯(lián)電抗器應具有(込-a) (2w+込)短時工作能力。由于設備本身具有一定的短時過載 能力，且本發(fā)明要求的土込短時容量要求較高壓可控并聯(lián)電抗器額定容量小得多，因此應 有本發(fā)明對高壓可控并聯(lián)電抗器主要參數(shù)改變不大，成本增加不多。一方面次同步諧振問題僅可能發(fā)生在大型火電送出系統(tǒng)；另一方面可控高壓并聯(lián)電抗 器技術難度高、成本高，目前在國內(nèi)外實際工程極少。因此本方法試驗條件不易具備。但 可以采用數(shù)值仿真的方法驗證其有效性。以某750kV輸電系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)接線圖如圖2 所示。若該系統(tǒng)送端接入大規(guī)模火電則存在次同步諧振的風險，其數(shù)值仿真波形如圖3所 示，圖中可以看出機組軸系質量塊間扭矩呈發(fā)散趨勢，在10秒時間內(nèi)即發(fā)展到額定扭矩 的23倍，遠超過機組軸系機械承受能力，系統(tǒng)出現(xiàn)了典型的次同步諧振現(xiàn)象。該系統(tǒng)計 劃裝設5臺300Mvar的可控高壓并聯(lián)電抗器。在此基礎上，可以考慮在可控并聯(lián)電抗器中 增加本發(fā)明提出的次同步諧振抑制功能。采用本發(fā)明后，系統(tǒng)次同步諧振仿真波形如圖4 所示，與不采取措施相比，機組軸系質量塊間扭矩小得多，且呈收斂趨勢，表明本發(fā)明抑 制次同步諧振是有效的。此處己經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領域的技術人員來說在 不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例 證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1、一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法，采用電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組軸系的轉速測量信號作為輸入信號，經(jīng)數(shù)字信號算法處理后從中辨識出汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征，其特征在于將汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征信號采用次同步諧振控制策略在線計算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，動態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器的容量，從而相應動態(tài)調(diào)整電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組的無功功率、電壓、有功功率和轉速，達到抑制機組轉速在次同步頻率范圍的波動，避免由于機電耦合作用導致機組軸系在其特征頻率發(fā)生次同步諧振。
2、如權利要求1所述的方法，其特征在于所述動態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器的容量的 方法，包括(1) 由所述電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組提供轉速信號作為輸入信號；(2) 延遲環(huán)節(jié)代表測量系統(tǒng)的時延；(3) 濾波環(huán)節(jié)主要用于濾除高頻干擾以及低頻功率振蕩信號；(4) 采用n個帶通環(huán)節(jié)分別獲得n個次同步振蕩模式的轉速偏差信號；(5) 采用比例控制器作為次同步諧振的基本控制策略；(6) 分別對n個模式的控制信號進行相位補償；(7) n個模式的控制信號加上參考導納作為高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制信號。(8) 根據(jù)容量信號計算得到勵磁電流，通過勵磁支路控制勵磁電流，從而動態(tài)調(diào)整高 壓可控并聯(lián)電抗器的容量。
全文摘要
本發(fā)明提出一種使用可控高壓并聯(lián)電抗器抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的方法，采用電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組軸系的轉速測量信號作為輸入信號，經(jīng)數(shù)字信號算法處理后從中辨識出汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征，其特征在于將汽輪發(fā)電機組軸系扭振特征信號采用次同步諧振控制策略在線計算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，動態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器的容量，從而相應動態(tài)調(diào)整電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組的無功功率、電壓、有功功率和轉速，達到抑制汽輪發(fā)電機組次同步諧振的效果，并針對某規(guī)劃系統(tǒng)的數(shù)值仿真驗證了本發(fā)明的有效性。
文檔編號H02J3/18GK101404475SQ20081022621
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2008年11月7日
發(fā)明者丁永福, 宋瑞華, 蒙 王, 王康平, 王曉剛, 班連庚, 石可琴, 越 范, 項祖濤 申請人:中國電力科學研究院;西北電網(wǎng)有限公司