專利名稱：一種發(fā)電機機端次同步阻尼非線性控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制技術領域，具體涉及一種發(fā)電機機端次同步阻尼非線性控制方法，為機端次同步阻尼控制器進行機端補償正序電流提供一種可行的控制方法。
背景技術：
隨著遠距離大容量輸電的需求上升，特別是大型煤電基地由于遠離負荷中心，大多采用遠距離廠對網(wǎng)輸電模式，為了提高輸送容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，越來越多地采用固定串聯(lián)電容補償(FSC)、高壓直流輸電(HVDC)和一些基于電力電子技術的高速控制裝置。然而，這些裝置在一定條件下可能引發(fā)次同步諧振(SSR)或振蕩(SSO)問題。輕微的SSR/SS0會降低汽輪發(fā)電機軸系壽命，嚴重的SSR/SS0可導致汽輪發(fā)電機軸系斷裂，威脅機組和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在解決SSR/SS0問題上，目前存在多種解決方法，主要包括:基于晶閘管電力電子器件的SVC解決方法；基于勵磁系統(tǒng)的附加勵磁阻尼控制解決方法以及阻塞濾波器進行濾波的解決方法等，并且都已經(jīng)在國內(nèi)有使用的案例。而基于STATC0M設計原理的新型電力電子器件的解決方案具有技術的先進性、性價比較高、諧波特性比較好以及容量擴展很方便等特點，其工程化應用方案的研究越來越被人們所重視。基于STATC0M原型設計的機端次同步阻尼控制器通過在發(fā)電機機端進行對稱電流補償，來達到抑制次同步諧振的目的，所以需要關注補償電流的各個頻率分量對系統(tǒng)的影響。最理想的目標是在機端的補償電流只包含有基于工頻分量對稱的次同步分量而超同步分量，不包含其它諧波分量。這樣對發(fā)電機設備的安全運行來說是至關重要的。但是實際情況并非如此，工 程實際應用的補償裝置都按照一定的容量來設計滿足要求，而次同步諧振的控制反饋信號為次同步諧振在機組軸系引起的諧振信號，其大小隨著故障類型的不同而不同，如果采用線性增益的控制方法，則輸出信號很可能達到容量設定值而限幅，從而輸出其它的諧波分量，對發(fā)電機設備的安全運行造成一定的隱患。本發(fā)明所設計的發(fā)電機機端次同步阻尼非線性控制方法，通過對控制輸出和控制輸入的綜合考慮，在線合適調(diào)整控制參數(shù)達到最后控制輸出三相電流保持正序分量注入發(fā)電機，滿足設備安全穩(wěn)定運行的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)電機機端次同步阻尼非線性控制方法，以實現(xiàn)進行機端補償?shù)娜嚯娏鹘普蛱卣?。本發(fā)明具體采用以下技術方案:一種發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:(I)采集轉速脈沖信號，對所述轉速脈沖信號進行解調(diào)獲取機組的扭振信號d (k)，對機組的扭振信號dco (k)進行濾波處理得到模態(tài)分離后的模態(tài)信號dcOiGO，并提取模態(tài)幅值Ai (k)；(2)計算非線性控制增益系數(shù)kip(k)，實現(xiàn)對所述模態(tài)幅值AiGO的動態(tài)調(diào)整；(3)對經(jīng)過濾波處理得到的模態(tài)分離后的模態(tài)信號dω i (k)經(jīng)過組合增益控制，即所述模態(tài)信號dcOiGO乘以非線性控制增益系數(shù)，得到后，經(jīng)過組合移相進行控制算法閉環(huán)相位補償，得到轉子側的模態(tài)控制量dco/ (k);其中，移相環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:‘ T為設定的移相時間常數(shù)，相位補償?shù)慕嵌饶軌蛟?60度范圍內(nèi)進行補償；最終得到轉子側的模態(tài)控制量dco/ (k)，即:
權利要求
1.一種發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)采集轉速脈沖信號，對所述轉速脈沖信號進行解調(diào)獲取機組的扭振信號dco(k)，對機組的扭振信號do (k)進行濾波處理得到模態(tài)分離后的模態(tài)信號dcojk)，并提取模態(tài)幅it Ai (k)； (2)計算非線性控制增益系數(shù)kip(k)，實現(xiàn)對所述模態(tài)幅值AiGO的動態(tài)調(diào)整； (3)對經(jīng)過濾波處理得到的模態(tài)分離后的模態(tài)信號dcOiGO經(jīng)過組合增益控制，即所述模態(tài)信號dcOiGO乘以非線性控制增益系數(shù)，得到后，經(jīng)過組合移相進行控制算法閉環(huán)相位補償，得到轉子側的模態(tài)控制量dco' dk)； 其中，移相環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:
2.根據(jù)權利要求1所述發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于: 在步驟(I)中，機組的扭振信號dco (k)包含了多個扭振頻率信號，采用數(shù)字IIR帶通濾波器對各個扭振頻率信號進行實時分離，所述帶通濾波器中心頻率根據(jù)不同的機組配置不同的中心頻率。
3.根據(jù)權利要求1所述發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于: 在步驟(2)中，如果采用單模態(tài)控制，則:
4.根據(jù)權利要求1所述發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于: 在步驟(2)中，如果采用多模態(tài)控制，則:
5.根據(jù)權利要求1所述發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于: 在步驟(4)中，對電氣系統(tǒng)電氣角度進行實時跟蹤具體包括: ①初始化相位:相位的初始化以系統(tǒng)頻率為50Hz為假設條件，對實時采集的發(fā)電機機端三相電壓的采樣數(shù)據(jù)進行過零點比較，并且通過線性插值的近似擬合，確定出所述三相電壓的相位關系以及發(fā)電機系統(tǒng)旋轉電氣角度初始值Θ’ ； ②根據(jù)電氣系統(tǒng)電氣角度初始值Θ’計算定子三相電壓的Q軸分量Uq; ③以三相電壓的Q軸分量u,作為偏差信號進行閉環(huán)跟蹤，偏差信號經(jīng)過低通濾波輸出作為旋轉頻率偏差信號△ ω，△ ω和工頻信號50Hz的旋轉頻率Otl相疊加進行積分輸出發(fā)電機系統(tǒng)的旋轉電氣角度Θ "，其中k為開環(huán)控制增益，T1, T2為滯后濾波時間常數(shù)，s域具體公式如下:
6.根據(jù)權利要求1所述發(fā)電機次同步阻尼非線性控制方法，其特征在于: 在步驟(5)中，當發(fā)電機系統(tǒng)同步旋轉頻率為Otl，所述模態(tài)控制量dco，dk)對應的頻率為COi時，則ia、ib、i。包含兩個頻率:超同步頻率COtl+COi和次同步頻率COtl-COi, Δ Θ可通過現(xiàn)場試驗時通過對超同步和次同步分量在軸系產(chǎn)生的扭矩相位進行分析，即保證次同步分量產(chǎn)生的扭矩和超同步分量產(chǎn)生的扭矩在相位上近似同相位、即相位差值小于設定閾值的方式來整定。
全文摘要
一種發(fā)電機機端次同步阻尼非線性控制方法。通過對發(fā)電機轉速脈沖信號的采集、解調(diào)以及濾波處理，獲取提取模態(tài)頻率分離后的模態(tài)扭振信號dωi(k)；模態(tài)扭振信號dωi(k)通過獨立的比例放大以及移相處理，得到轉子側的模態(tài)控制量dω′i(k)；對發(fā)電機的機端電壓進行實時的跟蹤測量，采用有突變量處理的閉環(huán)鎖相算法，獲取當前的磁場旋轉角度θ；把dω′i(k)轉換成三相目標電流ia、ib、ic，比例移相的控制參數(shù)動態(tài)調(diào)整依據(jù)ia、ib、ic和模態(tài)扭振信號dω′i(k)的大小綜合考慮進行。本發(fā)明能夠用來根據(jù)辨識出的發(fā)電機組扭振模態(tài)信號以及對控制輸出信號的幅值實時跟蹤，通過對控制增益進行在線的實時調(diào)整，達到大擾動情況下輸出信號的近似正序特征，從而實現(xiàn)對發(fā)電機組各個次同步頻率下諧振的抑制，保證機組的安全穩(wěn)定運行。
文檔編號H02P9/00GK103078577SQ201310001320
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權日2013年1月5日
發(fā)明者劉全, 常富杰, 焦邵華, 張濤, 孫小晶 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司