专利名称：一种抑制电力系统次同步谐振的方法
技术领域：
本发明提出了一种抑制电力系统次同步谐振的方法，属于电力科学的电网安全稳定控 制，特别涉及使用可控高压并联电抗器抑制大型汽轮机组次同步谐振的方法。
背景技术：
在电力系统中，汽轮发电机组经串补接入系统可能引发汽轮机组轴系与电网电气系统 相互作用的次同步谐振(sub-synchronous resonance, SSR)现象。这种电气-机械谐振现象严重 时能在短期内损坏发电机轴系；即使谐振较轻，也会显著消耗轴的机械寿命。1970年和1971年美国Mohave电站发电机轴系的两次扭振破坏后，次同步谐振问题 引起广泛关注。解决次同步谐振的根本措施是在系统规划阶段充分考虑次同步谐振的风 险，从网络结构避免次同步谐振的发生。国外电网结构较完善，近年来已鲜有关于次同步 谐振问题的报道。国内由于能源和负荷分布的不平衡，辐射状大容量远距离火电送出结构 较为常见，在这种网络结构装设串补存在次同步谐振的风险。国内外先后尝试过发电机组 装设极面阻尼绕组、电厂升压变压器中性点装设阻塞滤波器、附加励磁阻尼控制、可控旁 路电阻、可控串补、动态稳定器等抑制次同步谐振的措施，上述措施均存在一定的局限性， 例如成本高、效果差、实施困难等。发明内容针对火电送出系统次同步谐振问题，以及现有解决措施的不足，本发明提出一种新的 次同步谐振抑制方法，即采用可控高压并联电抗器抑制电力系统次同步谐振。因此，本发明提出了一种抑制电力系统次同步谐振的方法，采用电力系统汽轮发电机 组轴系的转速测量信号作为输入信号，经数字信号算法处理后从中辨识出汽轮发电机组轴系扭振特征，其特征在于将汽轮发电机组轴系扭振特征信号采用次同步谐振控制策略在 线计算得到高压可控并联电抗器的容量控制命令，动态调节高压可控并联电抗器的容量， 从而相应动态调整电力系统汽轮发电机组的无功功率、电压、有功功率和转速，达到抑制 汽轮发电机组次同步谐振的效果。所述动态调节高压可控并联电抗器的容量的方法，包括(1) 由所述电力系统汽轮发电机组提供转速信号作为输入信号；(2) 延迟环节代表测量系统的时延；(3) 滤波环节主要用于滤除高频干扰以及低频功率振荡信号；(4) 采用n个带通环节分别获得n个次同步振荡模式的转速偏差信号；(5) 采用比例控制器作为次同步谐振的基本控制策略；(6) 分别对n个模式的控制信号进行相位补偿；(7) n个模式的控制信号加上参考导纳作为高压可控并联电抗器的容量控制信号；(8) 根据容量信号计算得到励磁电流，通过励磁支路控制励磁电流，从而动态调整高 压可控并联电抗器的容量，其中n为正整数。 本发明的优点是可控高压并联电抗器原本用于解决超/特高压输电系统的无功平衡和过电压问题，目前 我国已投运两套500kV可控高压并联电抗器，还计划在750kV、 1000kV电网应用可控高 压并联电抗器；可控高抗在超/特高压电网中的应用将越来越广泛。本发明提出的控制策略叠加在高压可控并联电抗器基本控制策略之上，不会影响可控 高抗补偿无功、抑制电压波动和限制过电压的基本功能。应有本发明对高压可控并联电抗 器主要参数改变不大，成本增加不多。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是依据本发明的一种抑制电力系统次同步谐振的方法的高压并联电抗器控制方法 的框图；图2是仿真验证本发明的一种抑制电力系统次同步谐振的方法的系统接线示意图； 图3是依据本发明的一种抑制电力系统次同步谐振的方法不采用抑制措施时次同步谐 振现象的波形图；图4是采用依据本发明的一种抑制电力系统次同步谐振的方法对次同步谐振抑制效果 的波形图。
具体实施方式
可控高压并联电抗器原本用于解决超/特高压输电系统的无功平衡和过电压问题，目前我国已投运两套500kV可控高压并联电抗器，还计划在750kV、 lOOOkV电网中应用可控 高压并联电抗器。常规可控高压并联电抗器采用电力电子技术，其容量可动态调节；本发明提出通过在 可控高压并联电抗器控制器中加入次同步谐振抑制模块的办法解决次同步谐振问题。在采 用适当的控制策略基础上，高压可控并联电抗器可以增加次同步频率范围的电气阻尼，从 而达到抑制次同步谐振的作用。具体方法为采用在汽轮发电机组轴系测量的转速信号作 为输入信号，经适当处理后从中辨识出汽轮发电机组轴系扭振特征，再利用次同步谐振抑 制策略在线计算得到高压可控并联电抗器的容量控制命令，动态调节高压可控并联电抗器 的容量，从而动态调整机组无功、电压、有功、转速，达到抑制机组转速在次同步频率范 围的波动，避免由于机电耦合作用导致机组轴系在其特征频率发生次同步谐振。其中用于 抑制次同步谐振的高压并联电抗器控制框图如图l所示。说明如下(1) 由汽轮发电机组提供转速信号作为输入信号；(2) 延迟环节代表测量系统的时延；(3) 滤波环节主要用于滤除高频干扰以及低频功率振荡信号；(4) 采用n个带通环节分别获得n个次同步振荡模式的转速偏差信号；(5) 采用比例控制器作为次同步谐振基本控制策略；(6) 分别对n个模式的控制信号进行相位补偿；(7) n个模式的控制信号加上参考导纳作为高压可控并联电抗器的容量控制信号；(8) 根据容量信号计算得到励磁电流，通过励磁支路控制励磁电流，从而动态调整高 压可控并联电抗器的容量。此外，在高压可控并联电抗器工程中增加本发明提出的抑制次同步谐振功能还应与高 压可控并联电抗器原有功能相协调。可控高抗可以频繁调整容量，满足不断变化的系统对 无功的需求，增加系统的静态稳定裕度；从动态稳定的角度来看，可控电抗根据需要控制 的节点电压进行调节，抑制暂态过程中的电压波动，提高动态电压支撑能力。本发明提出 的控制策略叠加在高压可控并联电抗器基本控制策略之上，调节高压并联电抗器的容量按 次同步频率(一般是几赫兹到四十几赫兹)波动，其引起的稳态(或低频)容量波动基本 为0，这种容量波动对稳态或低频变化的电压波动的影响很小，因此不会影响可控高抗补 偿无功和抑制电压波动的基本功能。若高压可控并联电抗器装设在线路上，则具有限制过 电压的功能。从限制过电压角度来看，在线路发生故障条件下，线路保护动作的同时要求高压可控并联电抗器迅速调节到最大容量。若线路发生多相故障，则线路及其串补同时被 切除，不需本线路上高压可控并联电抗器运行抑制次同步谐振功能；若线路发生单相故障， 由于非故障相线路、串补仍处于运行状态，则建议高压可控并联电抗器抑制次同步谐振模 块也同时运行，起到抑制次同步谐振的作用。本发明输出的容量命令正比于机组轴系次同步模态频率转速偏差，在稳态情况下，由 于采用本发明后抑制了机组次同步谐振，机组轴系转速偏差接近0，则输出的容量命令也 接近于0。即本发明对可控高抗的稳态容量需求基本为0。在暂态扰动下，系统操作或故 障均可能引起轴系按其特征频率扭振，则产生相应模特的转速偏差，相应的本发明控制系 统输出容量调节命令，因此本发明要求高压可控并联电抗器有一定的暂态容量调节能力， 在某些特殊情况下可能超出原有高压可控并联电抗器工作能力范围，在设计中可根据抑制 次同步谐振的要求作适当调整。例如，不妨设高压可控并联电抗器原有工作范围需求为 込 Qw,本发明需要的短时容量调节范围为-込 +込，则若采用本发明，新的高压可控并联电抗器应具有(込-a) (2w+込)短时工作能力。由于设备本身具有一定的短时过载 能力，且本发明要求的土込短时容量要求较高压可控并联电抗器额定容量小得多，因此应 有本发明对高压可控并联电抗器主要参数改变不大，成本增加不多。一方面次同步谐振问题仅可能发生在大型火电送出系统；另一方面可控高压并联电抗 器技术难度高、成本高，目前在国内外实际工程极少。因此本方法试验条件不易具备。但 可以采用数值仿真的方法验证其有效性。以某750kV输电系统为例，该系统接线图如图2 所示。若该系统送端接入大规模火电则存在次同步谐振的风险，其数值仿真波形如图3所 示，图中可以看出机组轴系质量块间扭矩呈发散趋势，在10秒时间内即发展到额定扭矩 的23倍，远超过机组轴系机械承受能力，系统出现了典型的次同步谐振现象。该系统计 划装设5台300Mvar的可控高压并联电抗器。在此基础上，可以考虑在可控并联电抗器中 增加本发明提出的次同步谐振抑制功能。采用本发明后，系统次同步谐振仿真波形如图4 所示，与不采取措施相比，机组轴系质量块间扭矩小得多，且呈收敛趋势，表明本发明抑 制次同步谐振是有效的。此处己经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在 不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例 证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1、一种抑制电力系统次同步谐振的方法，采用电力系统汽轮发电机组轴系的转速测量信号作为输入信号，经数字信号算法处理后从中辨识出汽轮发电机组轴系扭振特征，其特征在于将汽轮发电机组轴系扭振特征信号采用次同步谐振控制策略在线计算得到高压可控并联电抗器的容量控制命令，动态调节高压可控并联电抗器的容量，从而相应动态调整电力系统汽轮发电机组的无功功率、电压、有功功率和转速，达到抑制机组转速在次同步频率范围的波动，避免由于机电耦合作用导致机组轴系在其特征频率发生次同步谐振。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述动态调节高压可控并联电抗器的容量的 方法，包括(1) 由所述电力系统汽轮发电机组提供转速信号作为输入信号；(2) 延迟环节代表测量系统的时延；(3) 滤波环节主要用于滤除高频干扰以及低频功率振荡信号；(4) 采用n个带通环节分别获得n个次同步振荡模式的转速偏差信号；(5) 采用比例控制器作为次同步谐振的基本控制策略；(6) 分别对n个模式的控制信号进行相位补偿；(7) n个模式的控制信号加上参考导纳作为高压可控并联电抗器的容量控制信号。(8) 根据容量信号计算得到励磁电流，通过励磁支路控制励磁电流，从而动态调整高 压可控并联电抗器的容量。
全文摘要
本发明提出一种使用可控高压并联电抗器抑制电力系统次同步谐振的方法，采用电力系统汽轮发电机组轴系的转速测量信号作为输入信号，经数字信号算法处理后从中辨识出汽轮发电机组轴系扭振特征，其特征在于将汽轮发电机组轴系扭振特征信号采用次同步谐振控制策略在线计算得到高压可控并联电抗器的容量控制命令，动态调节高压可控并联电抗器的容量，从而相应动态调整电力系统汽轮发电机组的无功功率、电压、有功功率和转速，达到抑制汽轮发电机组次同步谐振的效果，并针对某规划系统的数值仿真验证了本发明的有效性。
文档编号H02J3/18GK101404475SQ20081022621
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者丁永福, 宋瑞华, 蒙 王, 王康平, 王晓刚, 班连庚, 石可琴, 越 范, 项祖涛 申请人:中国电力科学研究院;西北电网有限公司