專利名稱：一種次同步諧振的評估方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析技術領域，特別涉及一種次同步諧振的評估方法和
直O(jiān)
背景技術：
在超高壓輸電系統(tǒng)中，采用串聯(lián)補償(簡稱串補)輸電系統(tǒng)是提高遠距離輸電容 量、改善輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種有效方法。但是當串補輸電網(wǎng)絡的電氣諧振頻率與發(fā)電機 軸系機械扭振頻率接近互補時，可能導致發(fā)電機軸系扭振出現(xiàn)欠阻尼或負阻尼，而引發(fā)由 串補輸電系統(tǒng)和發(fā)電機組成的機網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生次同步諧振(Sub-synchronous Resonance, SSR)，次同步諧振嚴重時會將發(fā)電機軸扭斷，或者顯著減小發(fā)電機軸的機械壽命，危及發(fā)電 機軸安全和機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，對包含有串補輸電系統(tǒng)的機網(wǎng)系統(tǒng)進行次同步諧振的 評估至關重要。現(xiàn)有技術一中，利用頻率掃描得到在某種運行方式下的等值阻抗-頻率特性曲 線，根據(jù)曲線的變化特征計算出電抗跌折率和機組轉(zhuǎn)子側互補頻率，根據(jù)判斷機組轉(zhuǎn)子側 互補頻率是否在機組軸系某扭振模式頻率范圍和是否大于電抗跌折率預設值，評估出機網(wǎng) 系統(tǒng)發(fā)生次同步諧振的風險；現(xiàn)有技術二中，根據(jù)復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法，通過分析特定模式的激勵 軸系轉(zhuǎn)矩與激勵角速度的復數(shù)商，獲取與激勵軸系轉(zhuǎn)矩和激勵角速度有關的電氣阻尼，根 據(jù)電氣阻尼的大小及正負評估機網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生次同步諧振的風險。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題現(xiàn)有技術一在評估次同步諧振時，只考慮了機網(wǎng)系統(tǒng)的頻率特性，沒有考慮機網(wǎng) 系統(tǒng)的實際阻尼特性，因而不能精確地評估次同步諧振；現(xiàn)有技術二在評估次同步諧振時， 僅考慮了電氣阻尼，沒有綜合考慮電氣阻尼和機械阻尼，不能全面、精確地評估次同步諧 振。

發(fā)明內(nèi)容
為了全面、精確地評估機網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生的次同步諧振，本發(fā)明實施例提供了一種次 同步諧振的評估方法和裝置。所述技術方案如下—方面，提供了一種次同步諧振的評估方法，所述方法包括獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻尼；根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估所述機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。進一步，所述獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，具體包括將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，所述通用性機網(wǎng)等值電路包括第一電路 和連接所述第一電路的發(fā)電機，所述第一電路具體包括第一電阻禮、第一電感Ljn第一電 容C1串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2和第二電感L2串聯(lián)后的第二串聯(lián)電路并聯(lián)，并 聯(lián)后的電路串聯(lián)第三電阻R0;
計算所述通用性機網(wǎng)等值電路中所述禮、禮、R2、Lp L2和C1的值；根據(jù)所述禮、禮、R2、L1, L2和C1的值獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼。具體地，所述計算所述通用性機網(wǎng)等值電路中所述IVHL1丄2和C1的值，具體 包括根據(jù)頻率掃描法獲得所述機網(wǎng)系統(tǒng)在角頻率為ω i時對應的等值電阻足9 (ω,_)和等 值電抗之9(螂)，所述 Oi = 2 31 (0. 1+0. Oli), i=0,...，4990 ；獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為…時對應的等值阻抗
、⑷)=凡+(代〃(馬+旭知)，并獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率
為COi時對應的等值電阻R^1(COi)和等值電抗)^1(COi),所述Rwi(COi) = Re(Zeq(Wi))j Xeq(COi) = Im(Zeq(ω,))；根據(jù)最小二乘法使足,(辟))2 +(足J 》-之最小，計
算出所述參數(shù)R。、禮、R2、U、L2和C1的值。具體地，根據(jù)所述禮、禮、1 2丄1丄2和(1的值獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，具體包 括預設變量 a” b” a2、b2、c” d” m” n” m2 禾口 n2,并預設中間變量 c2、d2、ν” w” V2 禾口 w2，j為虛數(shù)部分，根據(jù) 求出所述(；2、(12、￥1、《1、 和《2的值，所述1^為發(fā)電機電樞電阻，所述ω。= 100 31 , 為發(fā)電機的同步角速度，所述id(1，iq。，Vd。，Ψ (1為所述機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時dq坐標下發(fā)電 機定子電流值和定子繞組磁鏈值；根據(jù)所述c2、d2、V1^w1, V2和W2的值，及以下公式求出中間變量fDe(p)
預設ρ = 士 j n，所述ωη為所述發(fā)電機的第η個扭振模式的角頻率，獲取所述機 網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼De( n) = fDe (j ωn) +fDe H ωη)。進一步地，根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻 尼，具體包括根據(jù)所述電氣阻尼、機械阻尼及對所述發(fā)電機的軸系質(zhì)塊模型解耦后的中間變
量，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼 其中隊(ω n)為所述發(fā)電機第η個扭振模式對應的電氣阻尼，D^ (ωη)為所述發(fā)電 機第η個扭振模式對應的機械阻尼，Q(k，η)為Q的第k行、第η列元素，M廣>為解耦后Mw 第η個扭振模式對應的轉(zhuǎn)動慣性時間常數(shù)，所述Q為M-1K的右特征矩陣，所述M為發(fā)電機軸 系質(zhì)塊慣性時間常數(shù)對角矩陣，所述K為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間彈性系數(shù)矩陣。另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種次同步諧振的評估裝置，所述裝置包括第一獲取模塊，用于獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻 尼；第二獲取模塊，用于根據(jù)所述第一獲取模塊獲取的所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機 械阻尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；評估模塊，用于根據(jù)所述第二獲取模塊獲取的所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估所述 機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。進一步地，所述第一獲取模塊具體包括等效單元，用于將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，所述通用性機網(wǎng)等值電 路包括第一電路和連接所述第一電路的發(fā)電機，所述第一電路具體包括第一電阻R1、第一 電感L1和第一電容C1串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2和第二電感L2串聯(lián)后的第二串 聯(lián)電路并聯(lián)，并聯(lián)后的電路串聯(lián)第三電阻Rtl ；第一計算單元，用于計算所述等效單元得到的通用性機網(wǎng)等值電路的所述&、R1, R2^L1, L2 和 C1 的值；第二計算單元，用于根據(jù)所述第一計算單元得到的所述IVRpRpLi、!^和C1的值， 獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼。具體地，所述第一計算單元具體包括根據(jù)頻率掃描法獲得所述機網(wǎng)系統(tǒng)在角頻率為ω i時對應的等值電阻足9 (辟)和等 值電抗Ieg(A)；所述 Oi = 2 31 (0. 1+0. Oli), i=0,...，4990 ；獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為…時對應的等值阻抗
并獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為
ω i時對應的等值電阻Req ( ω )和等值電抗、(ω》，所述Req ( ω =Re (Zeq ( ω ) , Xeq ( ω =Im (Zeq (Coi))；
Ψ妙Ψ肌
根據(jù)最小二乘法使
最小，計算
出所述R0> R1^ R2> L1, L2和C1的值。具體地，所述第二計算單元具體包括預設變量a” b” a2、b2、c” d” m” n” m2禾口 n2,并預設中間變量c2、d2、ν” w” V2和
W2，根據(jù) 求出所述(；2、(12、￥1、《1、 和《2的值，所述1^為發(fā)電機電樞電阻，所述ω。= 100 31 , 為發(fā)電機的同步角速度，所述id(1，iq。，Vd。，Ψ (1為所述機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時dq坐標下發(fā)電 機定子電流值和定子繞組磁鏈值；根據(jù)所述c2、d2、V1^w1, V2和W2的值，及以下公式求出中間變量fDe(p) 預設ρ = 士 j n，所述ωη為所述發(fā)電機的第η個扭振模式的角頻率，獲取所述機 網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼 進一步地，所述第二獲取模塊具體包括根據(jù)所述電氣阻尼、機械阻尼及對所述發(fā)電機的軸系質(zhì)塊模型解耦后的中間變 量，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼 其中隊(ω n)為所述發(fā)電機第η個扭振模式對應的電氣阻尼，L^ )為所述發(fā)電 機第η個扭振模式對應的機械阻尼，Q(k，η)為Q的第k行、第η列元素，M廣>為解耦后Mw 第η個扭振模式對應的轉(zhuǎn)動慣性時間常數(shù)，所述Q為M-1K的右特征矩陣，所述M為發(fā)電機軸系質(zhì)塊慣性時間常數(shù)對角矩陣，所述K為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間彈性系數(shù)矩陣。本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性 機網(wǎng)等值電路，計算出機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并結合電氣阻尼和機械阻尼獲得總阻尼，根據(jù) 總阻尼評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振，能夠全面、精確地評估出機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。圖1是本發(fā)明實施例1中提供的次同步諧振的評估方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2中提供的次同步諧振的評估方法的流程示意圖；圖3是本發(fā)明實施例2中提供的通用性機網(wǎng)等值電路的結構示意圖；圖4是本發(fā)明實施例2中提供的機網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例2中提供的某電廠的拓撲方式為412時，采用頻率掃描方法 和等效為通用性機網(wǎng)等值電路得到的機網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗頻率特性曲線對比圖；(a)表示等值電阻在頻率范圍0-50HZ的總體頻率特性曲線；(b)表示等值電阻在頻率范圍7-14HZ的總體頻率特性曲線(c)表示等值電抗在頻率范圍0-50HZ的總體頻率特性曲線；(d)表示等值電抗在頻率范圍7-14HZ的總體頻率特性曲線；圖6為本發(fā)明實施例3中提供的次同步諧振的評估裝置的結構示意圖；圖7為本發(fā)明實施例3中提供的次同步諧振的評估裝置的第一獲取模塊的結構示 意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細描述。實施例1參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種次同步諧振的評估方法，該方法流程具體如 下步驟101 獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻尼；步驟102 根據(jù)機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼，獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；步驟103 根據(jù)機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。本發(fā)明實施例提供的方法，通過結合機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼得到總阻 尼，根據(jù)總阻尼評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振，不僅考慮了電氣阻尼，而且結合了機械阻尼， 能夠全面、精確地評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。實施例2參見圖2，本發(fā)明實施例提供了一種次同步諧振的評估方法，該方法流程具體如 下
步驟201 將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，通用性機網(wǎng)等值電路包括第 一電路和連接該第一電路的發(fā)電機，該第一電路具體包括第一電阻R1、第一電感L1和第一 電容C1串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2和第二電感L2串聯(lián)后的第二串聯(lián)電路并聯(lián)， 并聯(lián)后的電路串聯(lián)第三電阻R0;對于機網(wǎng)系統(tǒng)，本發(fā)明實施例在特定的運行方式下，根據(jù)發(fā)電機軸系次同步扭振 頻率的范圍(實際應用中通常為10-40HZ)，將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路。對于通用性機網(wǎng)等值電路，參見圖3，包括第一電路和連接第一電路的發(fā)電機G， 該第一電路由第一電阻札、第一電感L1和第一電容C1串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2 和第二電感L2串聯(lián)后的第二串聯(lián)電路并聯(lián)，并聯(lián)后的電路串聯(lián)第三電阻Rtl構成，WLp CpR2* L2為通用性機網(wǎng)等值電路的參數(shù)，該第一電路還可以連接理想電壓源，該理想電壓 源用來表示無窮大系統(tǒng)節(jié)點。該機網(wǎng)系統(tǒng)中可以包括一臺發(fā)電機或兩臺以上參數(shù)相同的發(fā)電機，即由第一電路 與一臺發(fā)電機或兩臺以上參數(shù)相同的發(fā)電機組成機網(wǎng)系統(tǒng)。步驟202 計算通用性機網(wǎng)等值電路的R。、R1^ L1, C1, R2和L2的值；具體地，通過頻率掃描法獲得從發(fā)電機中性點看進去的第i個角頻率對應的等值 阻抗之9(吟)二足 (辨)+ _/文9(辟)，Coi = 2 π (0. 1+0. Oli), i = 0，···，4990，其中，i = 1，
2，…，n，表示各個角頻率值對應的序號，Qi為掃描的第i個角頻率，足“碎)和之“網(wǎng))分 別是發(fā)電機的角頻率Qi對應的等值電阻和等值電抗；具體地，機網(wǎng)系統(tǒng)在不同的拓撲方式 下，該步驟獲得的等值阻抗不同，因而等值電阻和等值電抗之也不同。根據(jù)通用性機網(wǎng)等值電路，獲得該通用性機網(wǎng)等值電路第i個角頻率對應的等值
阻抗\(網(wǎng))=R0+(R1 +J(O)iLl+ML2) , j表示復數(shù)的虛數(shù)部分，通用性機網(wǎng)
等值電路在角頻率《口寸應的等值電阻、(ω》=Re(Ucoi)),即等值電阻為等值阻抗的 實部；通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率ω i對應的等值電抗X^1 (ω J = Im (Zeq (ω》)，即等值 電抗為等值阻抗的虛部。相 應地， 根據(jù)最 小二乘 法 使 /二一！^ ⑷-先“吟爐+化“⑷-之和一最小，獲得一組&山丄”&^^^和R0
的值，使得由該組禮、L1, C1, R2, L2和Rtl構成的通用性機網(wǎng)等值電路的等值阻抗Ucoi)與 頻率掃描法得到的機網(wǎng)系統(tǒng)的等值阻抗之具有最接近的阻抗_頻率特性。例如，本發(fā) 明實施例以某電廠串補輸電工程為例進行說明，參見圖4，該電廠包括四臺參數(shù)相同的額定 容量為600MW發(fā)電機組成的發(fā)電機組，通過雙回243km的500kV緊湊型輸電線路送往2號變 電站，再由2號變電站通過雙回130km的常規(guī)500kV線路接入1號變電站，進入主網(wǎng)。發(fā)電 機組有4個缸體，3個次同步扭振模式，分別為扭振模式1 (約15Hz)、扭振模式2 (約26Hz) 和扭振模式3 (約30Hz)。拓撲方式的第一個數(shù)字表示機組臺數(shù)，第二數(shù)字表示電廠_2號變 電站線路數(shù)，第三個數(shù)字表示2，1號變電站之間線路數(shù)，如拓撲方式412表示四臺發(fā)電機、 電廠_2號變電站一線、2號-1號變電站之間兩線。圖5為拓撲方式為412時，采用頻率掃描方法和等效為通用性機網(wǎng)等值電路得到的阻抗頻率特性曲線對比圖，實線表示采用頻率掃描方法得到的機網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗-頻率特 性曲線，虛線表示通用機網(wǎng)等值電路的阻抗頻率特性曲線。其中，(a)和(b)表示機網(wǎng)系統(tǒng) 等值電阻(即等值阻抗實部)的頻率特性曲線；(C)和(d)表示通用性機網(wǎng)等值電路的等 值電抗(即等值阻抗虛部)的頻率特性曲線。 利用非線性最小二乘法求取目標函數(shù)J的最小值，進而得到4種拓撲方式下通用 性機網(wǎng)等值電路的參數(shù)值，參見表1，各參數(shù)均為22KV側有名值。
表1通用性機網(wǎng)等值電路的R1、Lp Q、R2、L2和Rtl的值由圖5中可知，實線與虛線得到的阻抗頻率特性曲線吻合的很好，即頻率掃描方 法得到的機網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗頻率特性曲線和等效為通用性機網(wǎng)等值電路得到的阻抗頻率特 性曲線吻合的很好，說明該步驟獲得的禮、Lp Q、R2、L2和Rtl的值有效。步驟203 根據(jù)IVRpL1XPR2和L2的值獲得機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼的顯式表達式；具體地，本發(fā)明實施例基于復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法原理獲得電氣阻尼De(Con)的顯式表達 式，其中，復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法原理為通過注入發(fā)電機軸系特定模式的激勵角速度△ ω，測量在 該激勵信號的作用下發(fā)電機軸系的扭矩大小，由扭矩與角速度的商得到電氣阻尼De = Δ Te/ Δ ω。對于機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼De(GJn) = fDe(j con)+fDe(-j ωη)，將 fDe(j ωη)和 fDe("j n)分為函數(shù)fD>)當ρ = 士 j n時對應的機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，fDe(p)的表達式 如下 預設變量 a” b” a2、b2、c” d” m” n” m2 禾口 n2,并預設中間變量 c2、d2、ν” w” V2 禾口 W2，上式中的CyC^VpWpV2和W2通過以下公式獲得 其中，ra為發(fā)電機電樞電阻，ω。= 100 π，為發(fā)電機的同步角速度，id(1，iq0, vd0, ￥q0為機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時dq坐標下發(fā)電機定子電流值和定子繞組磁鏈值，該id(l，iq0, VdQ，Ψ,ο可由潮流計算得到，機網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)電機出力的百分比不同，計算出的ido，if VdO' Vq0的也不同，本發(fā)明實施例不限定獲取id。，iq0J vd(1，Vq0的方法。步驟204 根據(jù)電氣阻尼和機械阻尼，獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼的顯式表達式；具體地，本發(fā)明實施例基于復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法原理，根據(jù)通用性機網(wǎng)等值電路和發(fā)電 機軸系質(zhì)塊模型，獲得機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼的顯式表達式

其中，DJcon)為所述發(fā)電機第η個扭振模式對應的電氣阻尼，基于通用性機網(wǎng)等 值電路由上述步驟203獲得
為所述發(fā)電機第η個扭振模式對應的機械阻尼，機械 阻尼的獲取方式為現(xiàn)有技術，本發(fā)明實施例不對獲取機械阻尼的方式進行限定，僅以基于 復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法原理，對發(fā)電機軸系進行甩負荷試驗獲得機械阻尼為例進行說明；所述Q(k， η)和M〗m)其根據(jù)發(fā)電機軸系質(zhì)塊模型獲得，下面進行詳細說明發(fā)電機軸系質(zhì)塊模型為 其中，k表示一臺發(fā)電機軸系質(zhì)塊的個數(shù)，ρ為微分算子，Δ δ = [Δ ...， Δ δ k]T為發(fā)電機軸系質(zhì)塊角位移增量矩陣，M為發(fā)電機軸系質(zhì)塊慣性時間常數(shù)對角矩陣，D 為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間阻尼系數(shù)矩陣，K為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間彈性系數(shù)矩陣，為加在第k 個軸系質(zhì)塊上的加速力矩。對上述發(fā)電機軸系質(zhì)塊模型進行解耦，得到解耦模型 其中，Δ δ w為解耦后等效轉(zhuǎn)子角增量；隊為加速力矩的電氣阻尼系數(shù)，Δ ω(ω)為 解耦后等效轉(zhuǎn)子角速度增量，M(m) = QtMQ, K(m) = QtKQ, D(m) = QtDQ皆為對角陣，變換矩陣Q 為Ml的右特征矩陣；Q (k，...)表示Q的第k行，M廣〉為解耦后Mw的第η個模式對應的 轉(zhuǎn)動慣性時間常數(shù)，Q (k，η)表示Q的第k行、第η列元素，發(fā)電機軸系質(zhì)塊模型和解耦模型 的建立為現(xiàn)有技術。結合上述實施例，機網(wǎng)系統(tǒng)在4種拓撲方式下，3個扭振模式分別對應的總阻尼， 參見表2 表2扭振模式對應的機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼步驟205 根據(jù)機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。其中，若總阻尼為正，表示機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，機網(wǎng)系統(tǒng)不容易發(fā)生次同步諧振，且總 阻尼越大，機網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好，越不容易發(fā)生次同步諧振；若總阻尼為負，表示機網(wǎng)系 統(tǒng)不穩(wěn)定，容易發(fā)生次同步諧振，且總阻尼越小，機網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差，越容易發(fā)生次同 步諧振；若總阻尼等于0，表示機網(wǎng)系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)。本發(fā)明實施例提供的方法，通過將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，根據(jù)頻 率掃描法、復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法和通用性機網(wǎng)等值電路的各參數(shù)值，獲得機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和 總阻尼的顯示表達式，從而根據(jù)總阻尼定量評估機網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生次同步諧振的風險。本發(fā)明 實施例提供的方法不僅考慮了電氣阻尼，而且結合了機械阻尼，能夠全面和精確地評估機 網(wǎng)系統(tǒng)多扭振模式的次同步諧振風險，同時根據(jù)總阻尼大小判斷出次同步諧振的嚴重程 度，在實際應用中，可以為電力系統(tǒng)多模式次同步諧振穩(wěn)定水平提供必要的依據(jù)，進而降低 大型發(fā)電機的軸系扭振疲勞損耗。實施例3參見圖6，本發(fā)明實施例提供了一種次同步諧振的評估裝置，該裝置包括第一獲取模塊301，用于獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻尼；第二獲取模塊302，用戶根據(jù)第一獲取模塊301獲取的機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機 械阻尼，獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；評估模塊303，用于根據(jù)第二獲取模塊302獲取的機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估機網(wǎng)系 統(tǒng)的次同步諧振。對于第一獲取模塊301，參見圖7，該第一獲取模塊301包括等效單元301a，用于將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，通用性機網(wǎng)等值電 路包括第一電路和連接第一電路的發(fā)電機，第一電路具體包括第一電阻禮、第一電感1^和 第一電容C1串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2和第二電感L2串聯(lián)后的第二串聯(lián)電路并 聯(lián)，并聯(lián)后的電路串聯(lián)第三電阻Rq ；第一計算單元301b，用于計算等效單元301a得到的通用性機網(wǎng)等值電路的禮、禮、 r2、L”L2 和 C1 的值；第二計算單元301c，用于根據(jù)第一計算單元301b得到的禮、R1, R2, L1, L2和C1的
14值，獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼。具體地，第一計算單元301b具體包括根據(jù)頻率掃描法獲得機網(wǎng)系統(tǒng)在角頻率為ω i時對應的等值電阻(吟)和等值電 抗(辟)；Qi = 2 π (0. 1+0. Oli)，i=0,...，4990 ；獲取通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為ω i時對應的等值阻抗
并獲取通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為
Qi 時對應的等值電阻 Req(COi)和等值電抗 Xrai(Coi), RJcoi) =Re(Zeq(Wi))j Xeq(Qi)= Im (Zeil (ω》)；根據(jù)最小二乘法使
最小，計算
出 Rc^RpRyLpL2 和 C1 的值。具體地，第二計算單元301c具體包括預設變量a” b” a2、b2、Cl、d” m” n” m2 和 n2，并預設中間變量 c2、d2、ν” w” v2 和 w2,根據(jù)
「01441 V1+jWl = Wb1) (HiAjn1) + j (a2+jb2) (m2+jn2) /p- (C1+Jd1)，v2+jw2 = -j (l+j-ω,/ρ) (a2+jb2)，求出c2、d2、Vl、Wl、 和 的值，ra為發(fā)電機電樞電阻，ω。= 100 π，為發(fā)電機的 同步角速度，idQ，iq0, Vqq為機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時dq坐標下發(fā)電機定子電流值和定子 繞組磁鏈值；根據(jù)c2、d2、V1^w1, V2和W2的值，及以下公式求出中間變量fDe(p) 預設ρ = 士 jcon，ωη為發(fā)電機的第n個扭振模式的角頻率，獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣 阻尼 De(Con) =fDe(J_con)+fDe(-jcon)。
進一步地，第二獲取模塊302具體包括根據(jù)電氣阻尼、機械阻尼及對發(fā)電機的軸系質(zhì)塊模型解耦后的中間變量，獲取機
縣統(tǒng)的總阻尼聊)艦)她)+權 ”), “=2M”2M、m、 其中De (ω n)為發(fā)電機第n個扭振模式對應的電氣阻尼，D(:、為發(fā)電機第η個 扭振模式對應的機械阻尼，Q(k，η)為Q的第k行、第η列元素，M〗m)為解耦后Mw第η個扭 振模式對應的轉(zhuǎn)動慣性時間常數(shù)，Q為M-1K的右特征矩陣，M為發(fā)電機軸系質(zhì)塊慣性時間常 數(shù)對角矩陣，K為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間彈性系數(shù)矩陣。本發(fā)明實施例提供的裝置，通過第一獲取模塊將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值 電路，獲取到機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼，并由第二獲取模塊獲取到總阻尼，根據(jù)總阻 尼評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。本發(fā)明實施例提供的裝置不僅考慮了電氣阻尼，而且結合 了機械阻尼，能夠全面和精確地分析機網(wǎng)系統(tǒng)多扭振模式的次同步諧振，同時根據(jù)總阻尼 大小判斷出次同步諧振的嚴重程度，在實際應用中，可以為電力系統(tǒng)多模式次同步諧振穩(wěn) 定水平提供必要的依據(jù)，進而降低大型發(fā)電機的軸系扭振疲勞損耗。需要說明的是上述實施例提供的次同步諧振的評估裝置在評估次同步諧振時， 僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配 由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的 全部或者部分功能。另外，上述實施例提供的次同步諧振的評估裝置與次同步諧振的評估 方法實施例屬于同一構思，其具體實現(xiàn)過程詳見方法實施例，這里不再贅述。以上實施例提供的技術方案中的全部或部分內(nèi)容可以通過軟件編程實現(xiàn)，其軟件 程序存儲在可讀取的存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)例如計算機中的硬盤、光盤或軟盤。以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
1權利要求
一種次同步諧振的評估方法，其特征在于，所述方法包括獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻尼；根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估所述機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，具體包括 將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，所述通用性機網(wǎng)等值電路包括第一電路和連接所述第一電路的發(fā)電機，所述第一電路具體包括第一電阻R1、第一電感L1和第一電容C1 串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2和第二電感L2串聯(lián)后的第二串聯(lián)電路并聯(lián)，并聯(lián)后的 電路串聯(lián)第三電阻Rq;計算所述通用性機網(wǎng)等值電路中所述禮、R1^ R2、U、L2和C1的值； 根據(jù)所述禮、R1^ R2> Li、L2和C1的值獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算所述通用性機網(wǎng)等值電路中所述 R0> R1^ R2> U、L2和C1的值，具體包括根據(jù)頻率掃描法獲得所述機網(wǎng)系統(tǒng)在角頻率為Qi時對應的等值電阻足“辟)和等值電抗Ie9(辟);所述(Oi = 2 31 (0. 1+0. Oli), i=0,...，4990 ；獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為Qi時對應的等值阻抗\(辟)=凡+(代〃(盡+加Λ)，并獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為Oi時對應的等值電阻R^1(COi)和等值電抗)^1(COi),所述Rwi(COi) = Re(Zeq(Wi))j Xeq(COi) = Im(Zeq(ω,))；根據(jù)最小二乘法使(足>,)-1 )2]}最小，計算出所述R。、禮、&、L^L2和C1的值。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述禮、R1^R2> L1, L2和C1的值獲 取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，具體包括予頁設變量a” b” a2、b2、c” d” m” n” m2禾口 n2,并預設中間變量c2、d2、ν” w” V2禾口 w2, j 為虛數(shù)部分，根據(jù) 求出所述c2、d2、Vl、Wl、V2*w2的值，所述ra為發(fā)電機電樞電阻，所述G^ = 100 π，為 發(fā)電機的同步角速度，所述id(1，iq。，Vd。，Ψ (1為所述機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時dq坐標下發(fā)電機 定子電流值和定子繞組磁鏈值； 根據(jù)所述c2、d2、ν” w” V2和W2的值，及以下公式求出中間變量fDe (ρ) 灼J 預設P = 士 j n，所述ωη為所述發(fā)電機的第n個扭振模式的角頻率，獲取所述機網(wǎng)系 統(tǒng)的電氣阻尼 De( n) = fDe(j ωn) +fDe(-j ωη)。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械 阻尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，具體包括根據(jù)所述電氣阻尼、機械阻尼及對所述發(fā)電機的軸系質(zhì)塊模型解耦后的中間變量，獲Q2{k,n)De^n) Djrhmn) 取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼 其中隊(ω n)為所述發(fā)電機第η個扭振模式對應的電氣阻尼，Dim) 為所述發(fā)電機第 η個扭振模式對應的機械阻尼，Q(k，η)為Q的第k行、第η列元素，M〗m)為解耦后Mw第η 個扭振模式對應的轉(zhuǎn)動慣性時間常數(shù)，所述Q為M-1K的右特征矩陣，所述M為發(fā)電機軸系質(zhì) 塊慣性時間常數(shù)對角矩陣，所述K為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間彈性系數(shù)矩陣。
6.一種次同步諧振的評估裝置，其特征在于，所述裝置包括第一獲取模塊，用于獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻尼；第二獲取模塊，用于根據(jù)所述第一獲取模塊獲取的所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻 尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；評估模塊，用于根據(jù)所述第二獲取模塊獲取的所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估所述機網(wǎng) 系統(tǒng)的次同步諧振。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一獲取模塊具體包括等效單元，用于將機網(wǎng)系統(tǒng)等效為通用性機網(wǎng)等值電路，所述通用性機網(wǎng)等值電路包 括第一電路和連接所述第一電路的發(fā)電機，所述第一電路具體包括第一電阻R1、第一電感 L1和第一電容C1串聯(lián)后的第一串聯(lián)電路與第二電阻R2和第二電感L2串聯(lián)后的第二串聯(lián)電 路并聯(lián)，并聯(lián)后的電路串聯(lián)第三電阻Rtl ；第一計算單元，用于計算所述等效單元得到的通用性機網(wǎng)等值電路的所述禮、R1^ R2、 Li、L2和C1的值；第二計算單元，用于根據(jù)所述第一計算單元得到的所述IVRpRyLpL2和C1的值，獲取 所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一計算單元具體包括根據(jù)頻率掃描法獲得所述機網(wǎng)系統(tǒng)在角頻率為Qi時對應的等值電阻和等值 電抗足 (叫);所述 COi = 2 31 (0. 1+0. Oli), i=0,...，4990 ；獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為Qi時對應的等值阻抗 并獲取所述通用性機網(wǎng)等值電路在角頻率為Oi時對應的等值電阻RJcoi)和等值電抗)^(ω》，所述Rwi(COi) = Re(Zeq(Qi))j Xeq(COi) = Im(Zeq(ω,))；根據(jù)最小二乘法使 最小，計算出所述 R。、R1^ R2> L1, L2 和 C1 的值。
9.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二計算單元具體包括預設變量a” b” a2、b2、c” d” m” η” m2禾口 n2,并預設中間變量c2、d2、ν” w” V2禾口 w2,根據(jù) 求出所述c2、d2、Vl、Wl、V2*w2的值，所述ra為發(fā)電機電樞電阻，所述G^ = 100 π，為 發(fā)電機的同步角速度，所述id(1，iq。，Vd。，Ψ (1為所述機網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時dq坐標下發(fā)電機 定子電流值和定子繞組磁鏈值；根據(jù)所述c2、d2、V1, W1, V2和W2的值，及以下公式求出中間變量fDe (ρ) 預設P = 士 j n，所述ωη為所述發(fā)電機的第n個扭振模式的角頻率，獲取所述機網(wǎng)系 統(tǒng)的電氣阻尼 De( n) = fDe(j ωn) +fDe(-j ωη)。
10.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取模塊具體包括根據(jù)所述電氣阻尼、機械阻尼及對所述發(fā)電機的軸系質(zhì)塊模型解耦后的中間變量，獲 取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼 其中隊(ω n)為所述發(fā)電機第η個扭振模式對應的電氣阻尼，D^ 為所述發(fā)電機第 η個扭振模式對應的機械阻尼，Q(k，η)為Q的第k行、第η列元素，M〗m)為解耦后Mw第η 個扭振模式對應的轉(zhuǎn)動慣性時間常數(shù)，所述Q為M-1K的右特征矩陣，所述M為發(fā)電機軸系質(zhì) 塊慣性時間常數(shù)對角矩陣，所述K為發(fā)電機軸系質(zhì)塊間彈性系數(shù)矩陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種次同步諧振的評估方法和裝置，屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析技術領域。所述方法包括獲取機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼，并獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的機械阻尼；根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼，獲取所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼；根據(jù)所述機網(wǎng)系統(tǒng)的總阻尼，評估所述機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。所述裝置包括第一獲取模塊、第二獲取模塊和評估模塊。本發(fā)明通過根據(jù)機網(wǎng)系統(tǒng)的電氣阻尼和機械阻尼得到總阻尼，并根據(jù)總阻尼評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振，能夠全面、精確地評估機網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振。
文檔編號H02J3/00GK101895117SQ20101024130
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者楊煜, 王忠軍, 謝小榮, 黎小林 申請人:南方電網(wǎng)技術研究中心;清華大學