專利名稱：一種抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步諧振的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種抑制電力系統(tǒng)次同步諧振的裝置，屬于電力科學(xué)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(jī)組次同步諧振的裝置。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)串補(bǔ)接入系統(tǒng)可能引發(fā)汽輪機(jī)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(jī)械諧振現(xiàn)象嚴(yán)重 時(shí)能在短期內(nèi)損壞發(fā)電機(jī)軸系；即使諧振較輕，也會(huì)顯著消耗軸的機(jī)械壽命。
1970年和1971年美國(guó)Mohave電站發(fā)電機(jī)軸系的兩次扭振破壞后，次同步諧振問題引 起廣泛關(guān)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(fēng)險(xiǎn)， 從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)避免次同步諧振的發(fā)生。國(guó)外電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較完善，近年來已鮮有關(guān)于次同步諧振 問題的報(bào)道。國(guó)內(nèi)由于能源和負(fù)荷分布的不平衡，輻射狀大容量遠(yuǎn)距離火電送出結(jié)構(gòu)較為 常見，在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)裝設(shè)串補(bǔ)存在次同步諧振的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)外先后嘗試過發(fā)電機(jī)組裝設(shè) 極面阻尼繞組、電廠升壓變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)阻塞濾波器、附加勵(lì)磁阻尼控制、可控旁路電 阻、可控串補(bǔ)、動(dòng)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(shí)施困難等。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)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)明提出一種抑制
汽輪機(jī)組次同步諧振的裝置，其特征在于包括
軸轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)首先由軸轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量得到汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，并經(jīng)信號(hào)處理環(huán)
節(jié)與機(jī)組同步轉(zhuǎn)速比較得到速度偏差；將處理后的軸轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)輸入到抑制控制系統(tǒng)；
針對(duì)次同步諧振的抑制控制系統(tǒng)在所述軸轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)輸入后，從中辨識(shí)出汽輪發(fā) 電機(jī)組軸系扭振特征，采用次同步諧振抑制策略在線計(jì)算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量 控制命令，并將所述容量控制命令信號(hào)協(xié)調(diào)加入到可控高壓并聯(lián)電抗器裝置中；
可控高壓并聯(lián)電抗器裝置根據(jù)輸入的所述容量控制命令信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián) 電抗器裝置的容量，相應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組的無功功率、電壓、有功功率和
3轉(zhuǎn)速，達(dá)到抑制機(jī)組轉(zhuǎn)速在次同步頻率范圍的波動(dòng)，避免由于機(jī)電耦合作用導(dǎo)致機(jī)組軸系 在其特征頻率發(fā)生次同步諧振。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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?jiǎn)栴}，目前 我國(guó)已投運(yùn)兩套500kV可控高壓并聯(lián)電抗器，還計(jì)劃在750kV、 1000kV電網(wǎng)應(yīng)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(yīng)用將越來越廣泛。
可控高壓并聯(lián)電抗器采用電力電子技術(shù)，其容量可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，本發(fā)明提出在可控高壓 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。采用在汽輪發(fā) 電機(jī)組軸系測(cè)量的轉(zhuǎn)速信號(hào)作為輸入信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)處理后從中辨識(shí)出汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭 振特征，采用次同步諧振抑制策略在線計(jì)算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，動(dòng) 態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器的容量，機(jī)組無功、電壓、有功、轉(zhuǎn)速相應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而抑 制機(jī)組轉(zhuǎn)速在次同步頻率范圍的波動(dòng)，達(dá)到避免由于機(jī)電耦合作用導(dǎo)致機(jī)組軸系在其特征 頻率發(fā)生次同步諧振。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(huì)影響可控高抗補(bǔ)償無功、抑制電壓波動(dòng)和限制過電壓的基本功能。應(yīng)有本發(fā)明對(duì) 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(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是仿真驗(yàn)證本發(fā)明的裝置的系統(tǒng)接線圖3是不采用抑制措施時(shí)次同步諧振現(xiàn)象波形圖4是采用本發(fā)明的裝置對(duì)次同步諧振抑制效果波形圖。
具體實(shí)施例方式
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?jiǎn)栴}，目前
我國(guó)己投運(yùn)兩套500kV可控高壓并聯(lián)電抗器，還計(jì)劃在750kV、 1000kV電網(wǎng)中應(yīng)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(shù)，其容量可動(dòng)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(dāng)?shù)目刂撇呗曰A(chǔ)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(dá)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(jī)組軸系測(cè)量的轉(zhuǎn)速信號(hào)作 為輸入信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)處理后從中辨識(shí)出汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振特征，再利用次同步諧振抑 制策略在線計(jì)算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器 的容量，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)組無功、電壓、有功、轉(zhuǎn)速，達(dá)到抑制機(jī)組轉(zhuǎn)速在次同步頻率范 圍的波動(dòng)，避免由于機(jī)電耦合作用導(dǎo)致機(jī)組軸系在其特征頻率發(fā)生次同步諧振。
本發(fā)明的裝置的基本結(jié)構(gòu)如附圖l所示，主要包括軸轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)(包括軸轉(zhuǎn)速傳感 器及信號(hào)處理、傳輸部分)、針對(duì)次同步諧振的抑制控制系統(tǒng)以及可控高壓并聯(lián)電抗器裝 置三部分組成。
此外，在高壓可控并聯(lián)電抗器工程中增加本發(fā)明提出的次同步諧振抑制裝置應(yīng)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(duì)無 功的需求，增加系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定裕度；從動(dòng)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(diǎn)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，抑制暫態(tài)過程中的電壓波動(dòng)，提高動(dòng)態(tài)電壓支撐能力。本發(fā)明提出抑 制裝置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(dòng)，其引起的穩(wěn)態(tài)(或低頻)容量波 動(dòng)基本為0，這種容量波動(dòng)對(duì)穩(wěn)態(tài)或低頻變化的電壓波動(dòng)的影響很小，因此不會(huì)影響可控 高抗補(bǔ)償無功和抑制電壓波動(dòng)的基本功能。若高壓可控并聯(lián)電抗器裝設(shè)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(hù)動(dòng)作的同 時(shí)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(bǔ) 同時(shí)被切除，不需本線路上高壓可控并聯(lián)電抗器運(yùn)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(bǔ)仍處于運(yùn)行狀態(tài)，則建議高壓可控并聯(lián)電抗器抑制次同 步諧振裝置也同時(shí)運(yùn)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(jī)組軸系次同步模態(tài)頻率轉(zhuǎn)速偏差，在穩(wěn)態(tài)情況下，由 于采用本裝置后抑制了機(jī)組次同步諧振，機(jī)組軸系轉(zhuǎn)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(duì)可控高抗的穩(wěn)態(tài)容量需求基本為0。在暫態(tài)擾動(dòng)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(yīng)模特的轉(zhuǎn)速偏差，相應(yīng)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(shè)計(jì)中可根據(jù)抑制 次同步諧振的要求作適當(dāng)調(diào)整。例如，不妨設(shè)高壓可控并聯(lián)電抗器原有工作范圍需求為 a ^z，本發(fā)明需要的短時(shí)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(yīng)具有(a-込) (gw+込)短時(shí)工作能力。由于設(shè)備本身具有一定的短時(shí)過載 能力，且本發(fā)明要求的士ft短時(shí)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(yīng) 有本發(fā)明對(duì)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(shù)難度高、成本高，目前在國(guó)內(nèi)外實(shí)際工程極少。因此本方法試驗(yàn)條件不易具備。但 可以采用數(shù)值仿真的方法驗(yàn)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)?；痣妱t存在次同步諧振的風(fēng)險(xiǎn)，其數(shù)值仿真波形如圖3所 示，圖中可以看出機(jī)組軸系質(zhì)量塊間扭矩呈發(fā)散趨勢(shì)，在10秒時(shí)間內(nèi)即發(fā)展到額定扭矩 的23倍，遠(yuǎn)超過機(jī)組軸系機(jī)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(jì) 劃裝設(shè)5臺(tái)300Mvar的可控高壓并聯(lián)電抗器。在此基礎(chǔ)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(jī)組軸系質(zhì)量塊間扭矩小得多，且呈收斂趨勢(shì)，表明本發(fā)明抑 制次同步諧振是有效的。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在 不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例 證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1、一種抑制汽輪機(jī)組次同步諧振的裝置，其特征在于包括軸轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)首先由軸轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量得到汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，并經(jīng)信號(hào)處理環(huán)節(jié)與機(jī)組同步轉(zhuǎn)速比較得到速度偏差；將處理后的軸轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)輸入到抑制控制系統(tǒng)；針對(duì)次同步諧振的抑制控制系統(tǒng)在所述軸轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)輸入后，從中辨識(shí)出汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振特征，采用次同步諧振抑制策略在線計(jì)算得到高壓可控并聯(lián)電抗器的容量控制命令，并將所述容量控制命令信號(hào)協(xié)調(diào)加入到可控高壓并聯(lián)電抗器裝置中；可控高壓并聯(lián)電抗器裝置根據(jù)輸入的所述容量控制命令信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)高壓可控并聯(lián)電抗器裝置的容量，相應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整電力系統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組的無功功率、電壓、有功功率和轉(zhuǎn)速，達(dá)到抑制機(jī)組轉(zhuǎn)速在次同步頻率范圍的波動(dòng)，避免由于機(jī)電耦合作用導(dǎo)致機(jī)組軸系在其特征頻率發(fā)生次同步諧振。
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)次同步諧振的裝置，在可控高壓并聯(lián)電抗器控制器中加入基于機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速測(cè)量的次同步諧振抑制模塊的辦法解決次同步諧振問題?；窘Y(jié)構(gòu)包括軸轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)(包括軸轉(zhuǎn)速傳感器及信號(hào)處理、傳輸部分)、針對(duì)次同步諧振的抑制控制系統(tǒng)以及可控高壓并聯(lián)電抗器裝置三部分組成。針對(duì)某規(guī)劃系統(tǒng)的數(shù)值仿真驗(yàn)證了本發(fā)明的有效性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101499667SQ20081022621
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)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(xiàng)祖濤 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院;西北電網(wǎng)有限公司