[發明專利]一種基于并網變換器鎖相環優化的同步機次同步抑制方法

有效

• 申請號: 201710864912.7
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107579529B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 胡亞平;趙旋宇;朱建行;陳家樂;許丹莉;高紅亮;萬民惠;侯佳佐;韋鑫
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司;華中科技大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明提供了一種基于并網變換器鎖相環優化的同步發電機次同步抑制方法，包括：S1：采集并網變換器電氣信號量；S2：根據并網變換器電氣信號量獲得同步旋轉信號Δθ，對同步旋轉信號Δθ進行帶通濾波處理后并根據處理的結果判斷同步發電機是否發生次同步振蕩，若是，則進入步驟S3，若否，則并網變換器鎖相環的帶寬不變；S3：通過增加鎖相環的帶寬來提升交流系統的阻尼，并將提升后的阻尼注入到交流系統中實現次同步振蕩的抑制。本發明在于不增加系統容量的同時，配合有功無功控制支路，增加抑制同步發電機次同步振蕩的抑制效果，提高現有次同步振蕩抑制方法在抑制次同步振蕩的能力。

技術領域

本發明屬于電力系統穩定控制領域，更具體地，涉及一種基于并網變換器鎖相環優化的同步發電機次同步抑制方法。

背景技術

同步發電機為電力系統中最為重要的電源裝備之一，經濟價值高，同步發電機的安全穩定運行對電力系統的安全穩定有著重要的作用。同步發電機次同步振蕩屬于系統振蕩失穩，隨著汽輪同步發電機單機容量逐漸增大，發電機的軸系變得更加細長，軸系的特性較多的體現出機械的柔性特性，更加容易引發這種特殊的機電耦合相互作為，嚴重的可以造成發電設備損壞，威脅電力系統的安全穩定運行。

對同步發電機軸系進行動力學分析可以知道，當機械輸入轉矩和電磁阻尼轉矩平衡時，同步發電機軸系處于穩定狀態。當同步發電機電磁轉矩出現非基頻諧波含量時，會引起同步發電機軸系的不平衡，當該不平衡轉矩不能夠得到有效的抑制的情況下，同步發電機會引發各種類型的次同步振蕩問題，當該振蕩頻率與同步發電機軸系的固有振蕩頻率相同或接近時，會激發同步發電機的軸系扭振問題，嚴重情況下會損毀同步發電機的軸系，威脅電力系統的安全穩定。例如上世紀70年代，位于美國的Mohave電廠連續出現由串聯補償線路造成的汽輪發電機組軸系振蕩損壞事故，由于軸系扭振頻率位于次同步振蕩頻率范圍之內，從而引起了人們對于次同步振蕩問題的廣泛研究。

對于同步發電機的次同步振蕩的抑制主要同研究同步發電機的電氣阻尼特性，并通過一些手段實現地電氣阻尼的優化，達到對同步發電機次同步振蕩抑制的效果。而影響電氣阻尼的因素較多，例如系統的潮流分布，穩態工作點，勵磁控制系統，穩定器控制系統，同步發電機外部網架結構，輸電線路阻抗，外部其他電力電子裝備等等較多因素。對于同步發電機附近復雜的電網結構導致難以對同步發電機阻尼特性進行準確刻畫，無法確定各裝備對同步發電機的影響及其嚴重程度，因此，需要較多的次同步震蕩抑制手段在多種設備上協同作用，實現對于同步發電機次同步振蕩的抑制。

對于現有的次同步振蕩抑制的方法，主要采用以下幾種措施：第一：對于機械學科，可以通過同步發電機軸系的優化設計來實現，避開次同步頻段的固有振蕩頻率，可以從根本上實現對同步發電機軸系扭振的有效抑制，但該方法需要多學科交叉研究，近期難以實現較大的突破，且對于現已有的同步發電機作用不大。第二：采用帶通濾波器裝置，將次同步頻段的諧波成分通過濾波器進行濾除，實現對次同步的抑制，該方法理論上可以實現，但在實際工程中，較低的諧波成分，且有些諧波成分與基頻頻率較為接近，無法實現有效的濾除。第三：在同步發電機附近加裝專門的次同步抑制裝置，例如同步發電機轉子上安裝極面繞組、附加勵磁阻尼控制器，同樣可以取得較好的抑制效果，但這種類型的次同步抑制器功能較為單一，無法進行其他更多的功能擴展，無法適應未來更加復雜的電力系統的發展。第四：利用具有全控型開關器件的電力電子裝置實現對同步發電機次同步振蕩的有效抑制。通過相應的附加的控制算法和控制參數的優化，實現對不同工況下，對同步發電機全頻段次同步振蕩的有效抑制，靈活有效的實現對同步發電機的保護；同時，該種方案既可以選擇在同步發電機端口附加專門的電力電子裝置，實現次同步振蕩的同時，可以在正常狀態下實現同步發電機的無功補償，也可以利用同步發電機附近的電力電子裝置，例如新能源發電，STATCOM無功補償，HVDC高壓直流輸電等，經濟性和有效性可以有效提升。