[發明專利]發電機組次同步阻尼控制器

有效

• 申請號: 200810057039.1
• 申請日: 2008-01-29
• 公開（公告）號: CN101277018A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 李國寶;郭錫玖;張濤;李英偉;謝小榮;焦邵華;梁新艷;李元盛
• 申請（專利權）人: 北方聯合電力有限責任公司;四方電氣(集團)有限公司;清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/00
• 代理公司: 北京華進專利事務所
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明涉及電力系統、大型發電廠，需要汽輪發電機組、水輪發電機組或有勵磁裝備的其他機組的次同步振蕩的抑制應用，尤其涉及一種發電機組次同步阻尼控制裝置。

背景技術

隨著電力工業的發展，大容量電源和遠距離輸電技術得到越來越多的應用。為了節省輸電走廊和建設投資，大容量發電廠遠距離向區域電網供電越來越多采用串聯補償技術提高輸送能力。另一方面，直流輸電系統在我國得到廣泛應用，交直流混合輸電技術正在成為三峽送出系統、華中、南方電網的主要高壓輸電網絡。在串聯補償技術和交直流混合輸電技術應用的同時，由于LC諧振和電力電子非線性元件導致的次同步(頻率在2Hz～48Hz)振蕩問題成為危害電網和發電機組運行安全的新問題和新焦點。如何增加控制措施和控制設備減少乃至消除次同步振蕩對電網和發電廠的危害是當前電力行業的重大技術課題之一。

在發電機組穩定運行過程中，汽輪機的機械驅動扭矩與發電機的電磁制動扭矩保持平衡。在發生機電擾動時，汽輪機驅動轉矩和發電機電磁制動轉矩之間失去平衡，造成機電系統耦合。次同步諧振是機電系統的一種自激振蕩狀態，即電網在低于系統同步頻率的一個或幾個頻率下與汽輪發電機進行能量交換。設電網的電氣振蕩頻率為f_e，電網的同步頻率為f_N，軸系機械系統的某階扭振固有頻率為f_m。若f_m＝f_N-f_e，電氣系統將出現負阻尼的振蕩狀態，軸系頻率f_m所對應的主振型的振幅將逐漸放大，最終使轉子損傷，甚至造成毀機。

次同步機電共振產生的主要原因在于感應發電機效應、機電扭矩之間相互作用以及作為上述兩種作用疊加結果的暫態扭矩放大。因此消除和預防可能產生次同步機電共振的上述三個原因是抑制次同步機電共振的關鍵。本專利申報材料介紹一種發電機組次同步阻尼控制裝置SSODC。測量機端角速度變化量，對其進行帶通濾波分離后分別進行比例移相后，疊加輸入勵磁調節器，調節發電機的勵磁電壓、電流，以增加對SSO的阻尼。應用此方案抑制扭振相對于加設阻塞濾波器或改進發電機與系統結構等方案最直接也最經濟。

發明內容

本發明涉及一種發電機組次同步阻尼控制裝置，可實現對發電機組次同步機電共振的抑制，避免振蕩對發電機組軸系造成的損傷。裝置通過采集的次同步SSO信號，經過控制處理，轉變為勵磁繞組的勵磁電壓控制信號，通過勵磁繞組產生相應的勵磁電流，形成次同步頻率下的電磁轉矩，通過這個轉矩對次同步振蕩起到抑制作用。

通過產生發電機電磁阻尼扭矩實現抑制汽輪發電機組軸系扭振的裝置，包括：一個脈沖量輸入模塊PI、一個主控模塊CM和模擬量輸出模塊AO；所述脈沖量輸入模塊PI用來檢測機端角速度變化量，并通過濾波環節得到次同步模態信號；所述主控模塊CM用于接收脈沖量輸入模塊PI的輸出信號并對各模態信號分別進行并行處理，再疊加生成控制信號；所述模擬量輸出模塊AO用于接收主控制模塊CM的控制信號，將其轉化為4～20mA的電流信號，并將該信號注入發電機勵磁系統從而產生次同步頻率電磁扭振，通過產生的所述的電磁扭振這個轉矩實現對次同步振蕩的抑制作用。

1、PI模塊檢測機端角速度變化量

在本裝置中，采用發電機軸速度與標準轉速差的標幺值作為發電機組次同步阻尼控制裝置的反饋信號，稱為機端角速度變化量，用Δω表示。

應用非接觸傳感器感應隨軸轉動的齒輪產生的脈沖信號，將脈沖信號解調得到機端角速度變化量，機端角速度變化量Δω中含有多個頻率的振動分量。

2、PI模塊模態濾波器

次同步諧振SSO是外加激勵扭矩的頻率與軸系的某階固有扭振頻率合拍而產生共振，使主軸的扭轉振動迅速增大，從而導致主軸的剪切損壞。所以為了抑制汽輪發電機組軸系的扭轉共振，就需要對次同步諧振頻率信號進行抑制。這需要先對機端角速度變化量Δω進行濾波，得到與轉子的固有扭振頻率相應的振動分量。濾波環節包括一個低通濾波器、一個高通濾波器和對各個次同步模態信號分別進行濾波的帶通濾波器。

低通濾波器傳遞函數為