一種調速器附加次同步阻尼控制方法
2023-08-10 11:56:56 4
專利名稱：一種調速器附加次同步阻尼控制方法
技術領域：
本發明屬於電力系統次同步振蕩控制技術領域。特別涉及一種調速器附加次同步阻尼控制方法。
背景技術：
隨著電力系統中單機容量不斷增大，遠距離串聯補 償工程和高壓直流輸電工程的大量增加，我國電網已進入了大容量、超高壓、遠距離、交直流混合輸電時代。複雜的電網結構和運行方式使得次同步振蕩(Subsynchronous Oscillation, SS0)問題日漸凸現,次同步振蕩會導致汽輪發電機組大軸的疲勞累積甚至斷裂，嚴重影響電力系統的安全穩定運行。調研顯示，我國內蒙古託克託電廠、上都電廠，陝西錦界電廠以及東北伊敏電廠等，都存在不同程度的次同步振蕩問題，次同步振蕩已成為制約我國能源基地電能外送的瓶頸。在國外，也不乏次同步振蕩事故的報導。1970年和1971年，美國莫哈夫(Mohave)電廠發生了由於線路串聯補償電容作用而造成的兩臺大型汽輪發電機組轉子大軸損壞的嚴重事故。1977年,美國的Square Butte發電廠在新建成的高壓直流輸電(High VoltageDirect Current Transmission, HVDC)線路投入系統時,發現該發電廠汽輪發電機的軸系發生了扭振現象。為了抑制次同步振蕩，確保機網安全，研究人員提出了多種解決方案，例如阻塞濾波器(Blocking Filter, BF),附加勵磁阻尼控制器(Supplementary ExcitationDamping Controller, SEDC),靜止無功補償器(Static Var Compensator, SVC),可控串聯補償裝置(Thyristor Controlled Series Compensation),直流輸電附加次同步阻尼控制器(HVDC-Supplementary Subsynchronous Damping Controller,HVDC-SSDC)等。這些方法在一定程度上緩解了次同步振蕩，但仍存在一些缺陷，例如參數設計困難、抑制效果欠佳、成本較高等。
發明內容
本發明的目的是針對汽輪發電機組的次同步振蕩問題，以及現有抑制方法的缺陷，提出了一種調速器附加次同步阻尼控制方法，其特徵在於，採用調速器附加次同步阻尼控制技術控制汽輪發電機組的次同步振蕩，該方法包括如下步驟( I)輸入發電機轉速偏差信號A 對輸入的A O信號進行濾波處理,得到各個模態的次同步轉速偏差信號；(2)對步驟(I)輸出的各模態信號進行放大；(3)對步驟(2)輸出的各模態信號進行相位補償；(4)對步驟(3)輸出的各模態信號進行限幅，併疊加起來，疊加後的信號再經過限幅，生成汽輪發電機組調速器附加控制信號AUgs，將該信號接入調速器輸出端，與調速器輸出的汽門開度控制信號疊加，對汽輪機輸出的機械轉矩進行調節。本發明的有益效果是
通過對汽輪機輸出的機械轉矩進行調節，增強發電機組軸系的機械阻尼，可有效抑制串聯補償、直流輸電以及其他裝置引起的次同步振蕩。
圖I是調速器附加次同步阻尼控制器結構示意圖。圖2是實施例中測試系統接線圖；圖3是汽輪發電機組軸系模型圖；
圖4是調速器及汽輪機的傳遞函數；圖5是從附加控制信號到發電機機械轉矩間傳遞函數的相頻特性；圖6是原測試系統各軸段轉矩；圖7是採用本發明方法後各軸段轉矩。
具體實施例方式本發明提出了一種調速器附加次同步阻尼控制方法。下面結合附圖和實施例對本發明實施方式作進一步的說明。如圖I所示，本發明提供了一種調速器附加次同步阻尼控制方法，所述附加次同步阻尼控制方法具體包括以下步驟濾波、放大、相位補償以及限幅、疊加。IEEE 工作組於 I977 年在 IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems上發表文章，推薦了用於研究次同步振蕩的標準模型一IEEE SSR第一標準模型。本發明採用的測試系統基於IEEE SSR第一標準模型，如圖I所示的步驟濾波、放大、相位補償以及限幅、疊加，發電機的額定容量為892. 4MVA，額定頻率為60Hz，線路串補度為0. 5。汽輪發電機組的軸系由高壓缸、中壓缸、低壓缸A、低壓缸B、發電機和勵磁機6個集中質量塊串聯組成(結構如圖3所示)，各質量塊參數如表I所示。該汽輪發電機組共有5個次同步振蕩模態，各模態頻率分別為15. 7Hz，20. 2Hz，25. 6Hz，32. 3Hz，47. 4Hz。勵磁系統選用IEEE STlA型勵磁系統，調速器及汽輪機的傳遞函數如圖4所示。表I汽輪發電機組各質量塊參數
權利要求
1.一種調速器附加次同步阻尼控制方法，其特徵在於，採用調速器附加次同步阻尼控制技術控制汽輪發電機組的次同步振蕩，該方法包括如下步驟 (1)輸入發電機轉速偏差信號A ，對輸入的A Co信號進行濾波處理，得到各個模態的次同步轉速偏差信號； (2)對步驟(I)輸出的各模態信號進行放大， (3)對步驟(2)輸出的各模態信號進行相位補償； (4)對步驟(3)輸出的各模態信號進行限幅，併疊加起來，疊加後的信號再經過限幅，生成汽輪發電機組調速器附加控制信號AUgs，該信號接入調速器輸出端，與調速器輸出的汽門開度控制信號疊加，對汽輪機輸出的機械轉矩進行調節。
2.根據權利要求I所述一種調速器附加次同步阻尼控制方法，其特徵在於，步驟(I)所述的濾波由第I帶通濾波器、第2帶通濾波器......第n帶通濾波器共n個4階butterworth帶通濾波器組合而成，n為汽輪發電機組的次同步振蕩模態數，帶通濾波器的中心頻率為各次同步振蕩模態的固有頻率，帶通濾波器的帶寬為2Hf 3Hz。
3.根據權利要求I所述一種調速器附加次同步阻尼控制方法，其特徵在於，各次同步振蕩模態的固有頻率可通過求下列矩陣A的特徵值獲得，特徵值的虛部即為各次同步振蕩模態的固有角頻率，固有角頻率除以2 即為固有頻率。
4.根據權利要求I所述一種調速器附加次同步阻尼控制方法，，其特徵在於，步驟(2)所述的放大由比例放大係數K21、K22......K2n共η個係數組合而成，η為汽輪發電機組的次同步振蕩模態數。這些係數的值需結合數字仿真及現場試驗來設定。
5.根據權利要求I所述一種調速器附加次同步阻尼控制方法，其特徵在於，步驟(3)所 述的相位補償，即第i個模態相位補償(i = l，···，!!)的傳遞函數為
6.根據權利要求5所述一種調速器附加次同步阻尼控制方法，其特徵在於，所述I由以下方法求出 根據汽輪機及其調速器的傳遞函數，求出從附加控制信號AUgs到發電機機械轉矩變化量ATm間傳遞函數的相頻特性，在使得所述控制器產生的附加機械轉矩A Tm與一 A Co同相位的原則下，確定各次同步振蕩模態需要補償的角度Cti，通常每一級相位補償可補償40° 50°，若角度較大可選用二級至三級相位補償。
全文摘要
本發明公開了屬於電力系統次同步振蕩控制技術領域的一種調速器附加次同步阻尼控制方法。該方法具體包括以下步驟濾波、放大、相位補償以及限幅、疊加。將發電機轉速偏差信號作為輸入信號，對輸入信號進行濾波，得到各個模態的次同步轉速偏差信號；再對各個模態的次同步轉速偏差信號進行放大、相位補償、限幅、疊加，疊加後的信號再經過限幅，生成汽輪發電機組調速器附加控制信號ΔUgs，將該信號接入調速器輸出端，與調速器輸出的汽門開度控制信號疊加，對汽輪機輸出的機械轉矩進行調節，增強發電機組軸系的機械阻尼，可有效抑制串聯補償、直流輸電以及其他裝置引起的次同步振蕩。
文檔編號H02J3/24GK102769296SQ20121023077
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者楊琳, 肖湘寧, 郭春林 申請人:華北電力大學