[發明專利]大型發電機組次同步振蕩的反振蕩抑制系統及方法

無效

• 申請號: 201310142844.5
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103269082A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 姜建國;瞿文慧;羅*;郜登科;徐亞軍;喬樹通
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02P9/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及大型發電機組穩定控制領域，尤其是一種用于抑制大型發電機組次同步振蕩的反振蕩抑制系統及其控制方法。

背景技術

我國由于能源分布不均，形成了“西電東送”的電力格局。這種采用串聯補償電容進行大容量、遠距離輸電的方式，使得大型發電機組的次同步振蕩成為電力系統的一個突出問題。

次同步振蕩屬于系統的振蕩失穩，它是由電力系統中一種特殊的機電耦合作用引起的。次同步振蕩最大的危害是，可能導致大型汽輪發電機組轉子軸系的嚴重破壞，造成重大事故，危機電力系統的運行安全。如20世紀70年代初，美國Mohave電廠發生的大型汽輪發電機組轉子大軸損壞的嚴重事故。我國內蒙古托克托、上都、東北伊敏電廠、陜西錦界等送出工程，在實際應用或分析計算中，均發現了不同程度的次同步振蕩問題。

依據IEEE工作組的報告，次同步振蕩抑制措施主要分四類：①阻尼和濾波；②繼電保護及監測保護；③系統開關操作和機組切除；④發電機組和系統的改造。本發明專利中，利用反振蕩控制方法對次同步振蕩進行抑制，屬于阻尼和濾波方法。通過反振蕩控制方法，將次同步振蕩中的諧波濾除，增加系統對次同步振蕩的電氣阻尼。

次同步振蕩是一種復雜的系統失穩現象：首先，它的發生過程很復雜，涉及一種原動機軸系與電氣系統的相互激發行為，屬于機電耦合振蕩；其次，它的成因多種多樣，不僅有常見的串補電容引起的次同步振蕩，HVDC和一些有源快速控制裝置也能引起次同步振蕩；最后，它的諧波成分也比較復雜，汽輪機有幾個扭振模態，次同步振蕩就有幾種可能的頻率。

由于次同步振蕩的這些復雜性，目前被提出用來抑制次同步振蕩的控制方法，大多還無法實際應用到工程中去，有很多需要研究和討論的地方，如最優控制方法，神經網絡調節法，以及通過對次同步振蕩的極點配置設計控制器的方法等。本發明旨在提出一種切實可行，便于工程實現的系統來抑制次同步振蕩，并提出了這種抑制系統的控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種反振蕩抑制系統及其控制方法，抑制大型發電機組中存在的次同步振蕩，保障電力系統的安全運行。本發明所要解決的技術問題是將從系統檢測到的扭振模式分量，通過反振蕩的抑制系統轉化為電力電子裝置的控制信號，并對反振蕩抑制系統進行合理的控制。

本發明中，反振蕩抑制系統作用于次同步振蕩的原理如下：次同步振蕩發生時，發電機的電氣振蕩頻率與汽輪機的軸系某一模態頻率f_m互補，在擾動發生后，發電機定子上將流過次同步頻率為f₀-f_m的電流分量(f₀為工頻)，由于其產生的轉矩與轉速偏差Δω同相位，因此會產生負阻尼的作用，使振蕩越來越嚴重，故要實現次同步振蕩的抑制，就要減小定子電流中次同步頻率分量的影響，即減小次同步頻率為f₀-f_m的電流分量。反振蕩控制法，就是將系統中含有原動機扭振模式分量的測量信號，轉化為與之相抵消的電網功率級電流，通過電力電子裝置輸入系統，從而消除系統中頻率為f₀-f_m的次同步頻率電流，減小定子中次同步電流分量的負阻尼作用。

根據本發明的一個方面，提供一種大型發電機組次同步振蕩的反振蕩抑制系統，包括如下裝置：

測量處理器，用于測量原動機的扭振模式分量信號，然后將扭振模式分量信號輸出給反相放大器；

反相放大器，用于對所述扭振模式分量進行反相放大，使反相放大后的信號能夠控制電力電子裝置輸出電網功率級別電流，然后將所述反相放大后的信號輸出給低通濾波器；

低通濾波器，用于濾除所述反相放大后的信號中干擾的高頻信號，然后將濾波后的信號輸入相位補償器；

相位補償器，用于對所述濾波后的信號中因電力系統及所述測量處理器和低通濾波器引起的相位延遲進行補償，然后將相位補償后的信號輸出給功率信號發生裝置；

功率信號發生裝置，將所述相位補償后的信號轉化m為功率級的信號，輸出給電力系統，消除電力系統中的次同步分量，抑制次同步振蕩，增加電力系統對次同步振蕩的電氣阻尼。

優選地，所述扭振模式分量是能反映次同步振蕩特性的信號，所述能反映次同步振蕩特性的信號包括發電機轉速偏差、機端輸出功率、或者高壓缸轉速偏差，所述低通濾波器，用于將所述反相放大后的信號中高于工頻的干擾信號全部濾除。

優選地，所述測量處理器，主要由一個一階慣性環節構成，所述測量處理器的傳遞函數H₁(s)為：