[發(fā)明專利]基于HVDC整流側(cè)變換器優(yōu)化同步機(jī)次同步振蕩的方法和裝置

在審

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• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107623336A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文朝;劉愷;韋鑫;侯佳佐;胡榮;萬民惠;陳家樂;朱建行;龔軒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司;華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/36
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 李智,曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于HVDC整流側(cè)變換器優(yōu)化同步機(jī)次同步振蕩的方法和裝置。

背景技術(shù)

同步發(fā)電機(jī)為電力系統(tǒng)中最為重要的電源裝備之一，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，同步發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定有著重要的作用。同步發(fā)電機(jī)次同步振蕩屬于系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)，隨著汽輪同步發(fā)電機(jī)單機(jī)容量逐漸增大，發(fā)電機(jī)的軸系變得更加細(xì)長，軸系的特性較多的體現(xiàn)出機(jī)械的柔性特性，更加容易引發(fā)這種種特殊的機(jī)電耦合相互作為，嚴(yán)重的可以造成發(fā)電設(shè)備損壞，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對同步發(fā)電機(jī)軸系進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可以知道，當(dāng)機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩和電磁阻尼轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，同步發(fā)電機(jī)軸系處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)非基頻諧波含量時(shí)，會引起同步發(fā)電機(jī)軸系的不平衡，當(dāng)該不平衡轉(zhuǎn)矩不能夠得到有效的抑制的情況下，同步發(fā)電機(jī)會引發(fā)各種類型的次同步振蕩問題，當(dāng)該振蕩頻率與同步發(fā)電機(jī)軸系的固有振蕩頻率相同或接近時(shí)，會激發(fā)同步發(fā)電機(jī)的軸系扭振問題，嚴(yán)重情況下會損毀同步發(fā)電機(jī)的軸系，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。例如上世紀(jì)70年代，位于美國的Mohave電廠連續(xù)出現(xiàn)由串聯(lián)補(bǔ)償線路造成的汽輪發(fā)電機(jī)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(nèi)，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(fā)電機(jī)的次同步振蕩的抑制主要同研究同步發(fā)電機(jī)的電氣阻尼特性，并通過一些手段實(shí)現(xiàn)地電氣阻尼的優(yōu)化，達(dá)到對同步發(fā)電機(jī)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(tǒng)的潮流分布，穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，勵(lì)磁控制系統(tǒng)，穩(wěn)定器控制系統(tǒng)，同步發(fā)電機(jī)外部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，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(fā)電機(jī)附近復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致難以對同步發(fā)電機(jī)阻尼特性進(jìn)行準(zhǔn)確刻畫，無法確定各裝備對同步發(fā)電機(jī)的影響及其嚴(yán)重程度，因此，需要較多的次同步震蕩抑制手段在多種設(shè)備上協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對于同步發(fā)電機(jī)次同步振蕩的抑制。

對于現(xiàn)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(jī)械學(xué)科，可以通過同步發(fā)電機(jī)軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，避開次同步頻段的固有振蕩頻率，可以從根本上實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)軸系扭振的有效抑制，但該方法需要多學(xué)科交叉研究，近期難以實(shí)現(xiàn)較大的突破，且對于現(xiàn)已有的同步發(fā)電機(jī)作用不大。第二：利用具有全控型開關(guān)器件的電力電子裝置實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)次同步振蕩的有效抑制。第三：在同步發(fā)電機(jī)附近加裝專門的次同步抑制裝置，例如同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝極面繞組、附加勵(lì)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(jìn)行其他更多的功能擴(kuò)展，無法適應(yīng)未來更加復(fù)雜的電力系統(tǒng)的發(fā)展。第四：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(jìn)行濾除，對發(fā)電機(jī)的軸系的各個(gè)自然扭振頻率分別設(shè)計(jì)附加控制環(huán)節(jié)(比如SSDC)，為發(fā)電機(jī)組提供正的模態(tài)阻尼從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)次同步振蕩的抑制。

由于上述第四種方案的設(shè)計(jì)方法簡便、結(jié)構(gòu)簡單，本發(fā)明同樣屬于該方案范疇之內(nèi)。以往利用該方案實(shí)現(xiàn)次同步振蕩的基本原理為：利用同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差信號經(jīng)過一定的處理后產(chǎn)生電流控制回路的參考值，向機(jī)組注入次同步頻段電流，在同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一定的電氣阻尼達(dá)到抑制次同步振蕩的目的。但以同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號作為優(yōu)化控制的輸入，而同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速采集本身較慢，加之同步發(fā)電機(jī)各質(zhì)量塊的慣性作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號不能及時(shí)反映出系統(tǒng)次同步振蕩的發(fā)生，造成次同步振蕩抑制發(fā)揮作用相對滯后，次同步抑制器開始起作用的時(shí)刻，次同步振蕩已經(jīng)相對較為嚴(yán)重，抑制器的性能會大打折扣；目前大多數(shù)SSDC(subsynchronous damping controller，次同步阻尼控制器)的結(jié)構(gòu)都是針對發(fā)電機(jī)軸系的各個(gè)扭振模態(tài)分別進(jìn)行阻尼設(shè)計(jì)的多通道分模態(tài)控制SSDC，然后疊加起來加入控制環(huán)路以達(dá)到提升電氣阻尼的效果，但這種方法有可能對相鄰的其他發(fā)電機(jī)組造成負(fù)阻尼的影響。

綜上所述，現(xiàn)有同步發(fā)電機(jī)次同步振蕩的方法存同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋誤差及滯后嚴(yán)重，無法及時(shí)有效的投入同步發(fā)電機(jī)次同步振蕩抑制器；采用針對各個(gè)扭振模態(tài)的多通道分模態(tài)控制SSDC可能產(chǎn)生影響其他發(fā)電機(jī)組的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容