一種基于pscad的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制領(lǐng)域的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法。該方法為：1）在電磁暫態(tài)軟件上加載機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描模塊；2）輸入發(fā)電機(jī)參數(shù)和軸系參數(shù)，建立軸系運動方程；3）輸入掃描參數(shù)；4）將掃描頻率帶入軸系運動方程，計算出此頻率下的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，將機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)按實部為機(jī)械彈性系數(shù)，虛部為機(jī)械阻尼系數(shù)分開；5）判斷此頻率是否超過截止頻率，若沒超過，在此頻率上加一個掃描步長，返回步驟4），計算下一個頻率點的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；若超過，停止計算，完成掃描。本發(fā)明可以在PSCAD平臺上對待研發(fā)電機(jī)機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)實現(xiàn)自動掃描,掃描快,結(jié)果精確,有利于對次同步振蕩問題進(jìn)行研究。
【專利說明】—種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)次同步振蕩(Subsynchronous Oscillation, SS0)是一種嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題，它會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組大軸的疲勞積累，甚至斷裂，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運行。串聯(lián)電容補(bǔ)償輸電線路或直流輸電系統(tǒng)都有可能引起發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間不良的相互作用從而導(dǎo)致次同步振蕩。上世紀(jì)70年代，在美國Square Butte高壓直流輸電工程調(diào)試過程中，首次發(fā)現(xiàn)了由HVDC引起的汽輪發(fā)電機(jī)組的SSO問題。后來，在美國的CU、IPP,印度的Rihand-Deli，瑞典的Fenno-Skan等高壓直流輸電工程中，都表明了有可能導(dǎo)致SS0。
[0003]截至到2012年底，全國已投入運行的串補(bǔ)容量超過30.688Gvar，其中可控串補(bǔ)工程有3個，總?cè)萘繛?49.8Mvar。到2020年，國家電網(wǎng)公司將有約40個HVDC工程投入運營，其中很大一部分直流工程負(fù)責(zé)相關(guān)大型火電基地的電力外送任務(wù)，這些HVDC工程容量大、電壓等級高、輸電距離遠(yuǎn)，而且由于送端主要是超臨界、超超臨界的大型火電機(jī)組，這使得直流控制系統(tǒng)引發(fā)的SSO問題越來越突出。其中，葛南、天廣二回、高嶺和呼遼等直流工程曾發(fā)現(xiàn)存在HVDC引發(fā)SSO的風(fēng)險。因此，深入分析、研究可能引發(fā)的SSO已成為一個重要的技術(shù)問題。
[0004]復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)分析法是1.M.Canay先生于1982年提出的一種次同步振蕩分析方法。目前，對于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，即可以通過系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型推導(dǎo)得到，也可以通過時域響應(yīng)曲線計算得到，然后再根據(jù)前面的穩(wěn)定判據(jù)和復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)來分析軸系的穩(wěn)定性。然而由解析法求取的復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)計算量巨大，研究不方便，而且由于尚未建立多FACTS裝置在次頻率范圍內(nèi)精確數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用有限，而時域響應(yīng)曲線可以通過物理系統(tǒng)的測試得到，也可以通過仿真軟件進(jìn)行時域計算得到，其中仿真方法速度快、成本低，不受系統(tǒng)中多FACTS裝置影響，得到了越來越多的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，該掃描方法具體為:
[0006]I)在電磁暫態(tài)軟件上加載機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描模塊；
[0007]2)輸入發(fā)電機(jī)參數(shù)和軸系參數(shù)，建立軸系運動方程；
[0008]3)輸入掃描參數(shù)；
[0009]4)將掃描頻率帶入軸系運動方程，計算出此頻率下的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，將機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)按實部虛部分開，實部為機(jī)械彈性系數(shù)，虛部為機(jī)械阻尼系數(shù)；
[0010]5)判斷此掃描頻率是否超過截止頻率，若沒超過，則在此頻率基礎(chǔ)上加一個掃描步長，返回步驟4)，計算下一個頻率點的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；若超過，停止計算，完成機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)的掃描。
[0011]所述步驟I)中的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描模塊包括參數(shù)輸入界面，用于用戶輸入發(fā)電機(jī)參數(shù)和軸系參數(shù)。
[0012]所述步驟2)中發(fā)電機(jī)參數(shù)包括:汽輪機(jī)質(zhì)塊數(shù)，是否含勵磁機(jī)，系統(tǒng)工頻，發(fā)電機(jī)容量，發(fā)電機(jī)機(jī)械同步轉(zhuǎn)速，軸系參數(shù)單位制輸入?yún)?shù)；
[0013]軸系參數(shù)包括:質(zhì)量塊慣性時間常數(shù)，質(zhì)量塊間彈性系數(shù)，質(zhì)量塊自阻尼，質(zhì)量塊間互阻尼。
[0014]所述軸系參數(shù)單位制包含3種:標(biāo)幺值、國際單位、英制單位。
[0015]所述步驟2)中軸系運動方程由汽輪發(fā)電機(jī)組軸系模型得到，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系模型采用簡單集中質(zhì)量模型，根據(jù)軸系參數(shù)單位制的不同進(jìn)行單位制轉(zhuǎn)換；簡單集中質(zhì)量塊模型定義:在這個模型中，發(fā)電機(jī)組軸系用幾個剛性質(zhì)量塊代替，并通過無質(zhì)量彈簧連接起來。
[0016]所述步驟2)中軸系運動方程為:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法,其特征在于,該掃描方法具體為: 1)在電磁暫態(tài)軟件上加載機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描模塊； 2)輸入發(fā)電機(jī)參數(shù)和軸系參數(shù)，建立軸系運動方程； 3)輸入掃描參數(shù)； 4)將掃描頻率帶入軸系運動方程，計算出此頻率下的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，將機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)按實部虛部分開，實部為機(jī)械彈性系數(shù)，虛部為機(jī)械阻尼系數(shù)； 5)判斷此掃描頻率是否超過截止頻率，若沒超過，則在此頻率基礎(chǔ)上加一個掃描步長，返回步驟4)，計算下一個頻率點的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；若超過，停止計算，完成機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)的掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，所述步驟I)中的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描模塊包括參數(shù)輸入界面，用于用戶輸入發(fā)電機(jī)參數(shù)和軸系參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，所述步驟2)中發(fā)電機(jī)參數(shù)包括:汽輪機(jī)質(zhì)塊數(shù)，是否含勵磁機(jī)，系統(tǒng)工頻，發(fā)電機(jī)容量，發(fā)電機(jī)機(jī)械同步轉(zhuǎn)速，軸系參數(shù)單位制輸入?yún)?shù)； 軸系參數(shù)包括:質(zhì)量塊慣性時間常數(shù)，質(zhì)量塊間彈性系數(shù)，質(zhì)量塊自阻尼，質(zhì)量塊間互阻尼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，所述軸系參數(shù)單位制包含3種:標(biāo)么值、國際單位、英制單位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，所述步驟2)中軸系運動方程由汽輪發(fā)電機(jī)組軸系模型得到，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系模型采用簡單集中質(zhì)量模型，根據(jù)軸系參數(shù)單位制的不同進(jìn)行單位制轉(zhuǎn)換；簡單集中質(zhì)量塊模型定義:在這個模型中，發(fā)電機(jī)組軸系用幾個剛性質(zhì)量塊代替，并通過無質(zhì)量彈簧連接起來。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法,其特征在于，所述步驟2)中軸系運動方程為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，所述步驟3)中掃描參數(shù)包括:起始頻率，截止頻率，掃描步長。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PSCAD的機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)掃描方法，其特征在于，所述步驟4)中機(jī)械復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)的計算公式為: 在忽略勵磁機(jī)上產(chǎn)生電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)矩AT6,同時也忽略掉汽輪機(jī)和調(diào)速器作用AT1到AT4的情況下，保留A S5=A S和A T5=-A Te兩個狀態(tài)變量，消去其他變量，可以得到以下關(guān)系式 KM(p) A S=-ATe(2) 其中，KM(p)是微分算子P = $的有理分式，為ATe與A 6之間的傳遞函數(shù)； 對式(2)進(jìn)行推導(dǎo)，在同步發(fā)電機(jī)機(jī)械軸系的運動方程(I)中消去A Coi,得到式(3)Hip) -K1(P)IsSl O -K1(P) M2(P) -K2(P)AS2O -K1(P) Hip)o

【文檔編號】G06F17/50GK103778287SQ201410015253
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】馬為民, 蔣維勇, 許建庭, 郭春林, 楊琳, 肖湘寧 申請人:國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 華北電力大學(xué)