本发明属于电力系统控制
技术领域：
，具体涉及一种能够抑制多发电机系统次同步谐振的旁路阻尼滤波器参数整定方法。
背景技术：
：在远距离输电线路中使用串联补偿电容，是提高电力系统输电容量和暂态稳定性的有效方法，在我国大容量电厂的送出线路中得到广泛应用，如内蒙古托克托电厂、陕西锦界电厂和东北的伊敏电厂等，但是串联补偿电容的使用可能导致发电机轴系扭振，引起次同步谐振，从而严重危害发电机的安全。为了解决这一问题，学术界和工业界做了许多工作来研究对策和解决方法，如对发电机励磁系统添加用于抑制次同步振荡的附加控制信号，在系统中加装滤波装置(如阻塞滤波器)等。基于电力电子设备的柔性交流输电装置只要控制整定得当，也能够一定程度上抑制次同步谐振的发生，但是以上装置的参数设计方法比较复杂，且其效果对系统运行情况变化较为敏感；此外，以上提到的柔性交流输电装置(FACTS)由于采用晶闸管的控制，会向系统注入一定量的谐波，同时由于晶闸管每个周波投切一次，其暂态响应时间仍比较慢。旁路阻尼滤波器(BypassDampingFilter，BDF)是一种抑制电力系统次同步振荡的滤波装置，通常并联在串联补偿电容器的两端，其结构如图1中虚线框所示。在工频下，BDF的电容和电感被调谐成并联谐振，具有很大的阻抗，因此在稳态下BDF流过的电流为很小，不影响系统的稳态运行。在暂态下，由于BDF的电容和电感所形成的并联结构在次同步频率范围内的阻抗显著下降，次同步电流经由BDF而被旁路；在这一过程中，BDF的阻尼电阻对次同步电流具有抑制作用。到目前为止，已有的BDF参数整定方法主要局限于单机串补系统，尚未有方法在多发电机串补系统中对BDF的参数进行整定，所谓多发电机串补系统，通常指多个电厂中的多台发电机在送端(一般为煤电基地)集中接入交流系统，并通过一段或多段串联补偿线路输送至受端(一般为负荷中心)；多机串补系统具有多轴系模态、多电气谐振点等特点，次同步谐振问题较为突出且抑制相对困难。技术实现要素：鉴于上述，本发明提供了一种能够抑制多发电机系统次同步谐振的旁路阻尼滤波器参数整定方法，有助于提高旁路阻尼滤波器在一般性多级电力系统中对次同步谐振的抑制效果。一种能够抑制多发电机系统次同步谐振的旁路阻尼滤波器参数整定方法，包括如下步骤：(1)在多发电机串补系统中，对同一发电厂内的同型发电机进行合并等值；(2)对于系统中任一连接有发电机的节点，仅去除连接在该节点上的发电机，对于该发电机包含的所有扭振模式，扫描该节点在各扭振模式对应电气频率下的系统戴维南等值阻抗；(3)根据所述系统戴维南等值阻抗，计算该发电机在各扭振模式下对应的电气阻尼，进而根据所述电气阻尼计算每一扭振模式对应的扭振衰减因子；(4)根据扭振衰减因子对BDF参数进行优化，以使多发电机串补系统内所有发电机的所有扭振模式对应的扭振衰减因子整体最优。进一步地，所述步骤(1)中的同型发电机为同一发电厂内且具有相同电气参数和相同轴系机械参数的发电机。进一步地，所述步骤(4)中根据扭振衰减因子通过以下目标函数L对BDF参数进行优化：其中：n为系统中的发电机数量，mi为系统中第i台发电机的扭振模式数量，RBDF为BDF中阻尼电阻的阻值，XBDF为BDF中电容或电感在工频下的阻抗标幺值，δij(RBDF,XBDF)表示当BDF参数整定为RBDF和XBDF情况下第i台发电机第j个扭振模式对应的扭振衰减因子。本发明参数整定方法可使配置BDF后多机发电系统中各发电机的扭振衰减因子整体增大，从而提升多发电机系统次同步谐振的整体稳定性；该方法应用过程中仅需要基本的网架参数、发电机电气参数和机械参数，对于一般性电网具有较好的适用性。附图说明图1为旁路阻尼滤波器的配置结构示意图。图2为配置了BDF的某火电基地经由串补交流特高压外送系统示意图。图3(a)为未配置BDF条件下轴系各扭振模式的衰减因子示意图。图3(b)为配置BDF条件下轴系各扭振模式的衰减因子示意图。图4为未配置BDF和配置BDF两种条件下轴系扭矩在短路故障下的对比示意图；图4中第1列和第3列为未配置BDF的扭矩，第2列和第4列为配置BDF后的扭矩。具体实施方式为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。本发明旁路阻尼滤波器参数整定方法，包括如下步骤：步骤1：发电机等值。在目标多发电机系统中，对处于同一发电厂的具有相同电气参数和相同轴系机械参数的同型发电机进行等值。当系统参数采用标幺值进行描述时，等值发电机的机械部分、电气部分和变压器部分的标幺参数与等值前单台发电机的标幺参数一致，电气线路标幺参数变为等值前标幺参数的M倍(M为待等值的发电机台数)。当系统参数采用有名值进行描述时，等值发电机的机械部分参数变为等值前单台发电机参数的M倍，等值发电机电气部分和变压器部分参数变为等值前单台发电机参数的M分之一，电气线路参数不变。不失一般性，假设等值后，系统参数采用标幺值进行描述，目标多发电机系统节点数为N，包含n台发电机，发电机节点的编号依次为1～n；第i台发电机拥有mi个扭振模式，其第j个扭振模式的机械频率为fm(ij)(j＝1,2,…,mi)，对应的电气扭振频率fe(ij)＝1-fm(ij)。步骤2：节点阻抗扫描。对于每一个发电机节点，去除且仅去除连接在该节点的发电机，在该发电机包含的电气扭振频率下，扫描从该节点看进去的阻抗。对于第i个发电机节点的第j个扭振模式，其节点阻抗计算方法如下：式中，Yi(fe(ij))为电气扭振频率fe(ij)下去除第i台发电机的系统节点导纳矩阵；Ii为N维列向量，其第i个元素为1，其余元素为0。在构造节点导纳矩阵过程中，配置BDF的串补线路阻抗表达式为：式中，RLine、XLine和XC依次为标幺值下线路电阻、线路工频电抗和串补工频容抗；ZBDF(fe(ij))为与串补电容并联的BDF的阻抗，其计算公式为：步骤3：电气阻尼计算。在步骤2计算得到的发电机节点阻抗的基础上，计算发电机各扭振模式对应的电气阻尼。第i台发电机第j个扭振模式的电气阻尼的计算方法为：式中，ψ0(i)为第i台发电机额定磁链，通常情况下介于1.0～1.2pu；Zij为第二步得到的节点阻抗；ZG(ij)为电气频率fe(ij)下的发电机阻抗，其计算方法为：式中，Ra(i)、Rr(i)和X″d(i)分别为第i台发电机的定子电阻、转子电阻和d轴次暂态电抗；s＝-fm(ij)/fe(ij)为转差率。步骤4：扭振衰减因子计算。对于每一台发电机的每一个扭振模式，计算其扭振衰减因子。第i台发电机的第j个扭振模式的衰减因子δij的计算方法为：式中，De(ij)为步骤3得到的电气阻尼；Hij为模态惯性时间常数；δm(ij)为机械阻尼对衰减因子的贡献，通常介于0.05～0.10之间。步骤5：目标优化。对BDF参数进行目标优化，以使多发电机系统内所有发电机的所有扭振模式的扭振衰减因子整体最优，可用于整定BDF参数的目标优化函数包括而不限于如下函数：式中，RBDF为旁路滤波器电阻，XBDF为工频下旁路滤波器的电感和电容对应的感抗和容抗(二者相等)。图2为配置了BDF的某火电基地通过加装串补的交流特高压线路外送模型，其线路长度和等值系统参数已标示在图上；单位长度的线路参数如表1所示，发电机电气参数如表2所示，发电机轴系机械参数如表3所示，BDF的具体配置结构如图1所示。表1表2Ra＝0.002518XP＝0.09595Xd＝2.155Xq＝2.1X′d＝0.301X′q＝0.448X″d＝0.223X″q＝0.218T′d0＝8.61sT′q0＝0.956sT″d0＝0.045sT″q0＝0.069s表3对发电厂A的第1/2号发电机、第4/5号发电机、第6/7号发电机和发电厂B的第1/2号发电机进行等值，等值后系统发电机台数降为16台。利用系统电气和机械参数计算轴系各扭振模式的衰减因子，其中各扭振模式的机械阻尼的贡献δm(ij)取为0.08，计算结果如图3(a)所示。如图2所示，考虑在[母线3-母线5]和[母线5-母线6]两条线路上为串补电容配置BDF，如此配置BDF可使系统绝大多数母线发生短路故障导致次同步谐振被激发时，BDF处于次同步电流的流通路径上，从而对次同步谐振起到更好的抑制作用。因此，利用如下目标函数对两处BDF的参数进行整定，该目标函数目的在于使所有发电机扭振模式的衰减因子的最小值尽可能大，总而在整体上提高多发电机系统在次同步谐振下的稳定性。可以采用遗传算法(GeneticAlgorithm)对上述目标函数进行求解，在求解时需要事先指定相关参数的范围；本实施方案根据BDF所并联电容的工频容抗XC确定参数的上下限，其中RBDF的参数范围为[0.1XC,0.5XC]，XBDF的参数范围为[0.3XC,2.0XC]，参数整定结果如表4所示。表4配置BDF后利用系统电气和机械参数重新计算轴系各扭振模式的衰减因子，结果如图3(b)所示。图3(a)与图3(b)对比显示，多发电机系统按照上述方式配置BDF后，轴系扭振模式的衰减因子整体得到了提升。在电磁暂态仿真软件中搭建图2所示的系统，在未配置BDF和配置BDF两种条件下对系统施加短路故障，各发电机轴系扭矩如图4所示。结果显示部分在未配置BDF时发散的扭矩，在配置BDF后收敛；对于未配置BDF时已经收敛的扭矩，配置BDF则有助于加快其收敛速度；这表明BDF的合理配置有助于对次同步谐振中的扭转相互作用起到抑制作用。此外，对比结果同时显示，配置BDF后两绝大多数轴系扭矩在故障期间的振荡幅值减小，这说明BDF的合理配置亦有助于抑制次同步谐振中的暂态扭矩方法作用。上述对实施例的描述是为便于本
技术领域：
的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3