专利名称：一种发电机组次同步振荡动态稳定装置及稳定方法
技术领域：
本发明涉及一种用于大型发电机组次同步振荡动态稳定装置和稳定方法。
背景技术：
我国电网在过去一段时间内对“串补”技术应用较少，即使采用“串补”技术，其技 术高度也较低，加之并没有因为次同步振荡问题对电网系统造成危害的情况发生过，因此 针对次同步振荡的抑制问题也没有展开实际的研究。但是，现在随着长距离大容量输电需 求的大幅上升，为提高输电能力和输电效率而广泛采用的“串补”技术和直流输电技术，使 得次同步振荡问题已经成为严重威胁我国电网安全，且迫切需要解决的重要难题。因此，实有必要发明一种发电机组次同步振荡动态稳定装置和方法以克服现有技 术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TCR+FC型SVC装置的发电机组次同步振荡动态 稳定装置和方法，该装置和方法能够有效抑制电网系统的次同步振荡问题。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种发电机组次同步振荡动态稳定装置，其包括依次相连的测速柜、控制器、三相 TCR、以及降压变压器；所述测速柜与发电机组相连，并将发电机组转速信号的偏差值输出至控制器；所述控制器包括信号处理单元和主控单元，并且所述控制器与所述三相TCR相 连，所述信号处理单元还包括滤波单元、相位校正单元、比例放大单元、以及运算单元；所述三相TCR输出端接降压变压器；所述降压变压器与电网高压母线相连接；所述发电机组转速信号的偏差值经滤波、相位校正、比例放大、加权求和处理后， 通过所述运算单元换算出三相TCR的晶闸管触发角；所述主控单元以PT信号为同步信号控 制该晶闸管触发角，使得三相TCR中产生基于发电机转速信号的次同步模态调制的无功电 流。一种发电机组次同步振荡动态稳定方法，该方法将依次相连的测速柜、控制器、三 相TCR、以及降压变压器接入传统电网中；所述测速柜与发电机组相连，并将发电机组转速信号的偏差值输出至控制器；所述控制器包括信号处理单元和主控单元，并且所述控制器与所述三相TCR相 连，所述信号处理单元还包括滤波单元、相位校正单元、比例放大单元、以及运算单元；所述三相TCR输出端接降压变压器；所述降压变压器与电网高压母线相连接；所述发电机组转速信号的偏差值经滤波、相位校正、比例放大、加权求和处理后， 通过所述运算单元换算出三相TCR的晶闸管触发角；所述主控单元以PT信号为同步信号控制该晶闸管触发角，使得三相TCR中产生基于发电机转速信号的次同步模态调制的无功电流。与现有技术相比，本发明的有益效果是1)本发明有效解决了电网中存在的次同步振荡问题，填补了利用SVC技术抑制次 同步振荡的技术空白，在抑制次同步振荡方面有着控制方便，结构简单，成本低廉。2)每台次同步振荡动态稳定装置可以同时抑制单台或多台发电机组的次同步振荡。3)两台控制器组成的两台次同步振荡动态稳定装置可实现对两台发电机组的次 同步振荡的抑制，当一台抑制次同步振荡的装置在检修或故障时，仍可以保证发电机组次 同步振荡得到有效控制，不影响系统运行。4)当现场有多台发电机组时，可以通过扩展控制器的信号处理单元完成多机转速 信号的采集，其他控制器中的相关部件不变。
为了更好地理解本发明，请参考以下附图图1是发电机组次同步振荡动态稳定装置的单相结构示意图；图2是发电机组次同步振荡动态稳定装置的整体结构图；图3是控制器的结构图。
具体实施例方式下面结合附图进一步叙述本发明的具体实施方式
。见图1、图2，一种发电机组次同步振荡动态稳定装置，包括测速柜3、控制器4、三 相TCR 5、降压变压器6，按照图1、图2所示结构示意图挂接在发电厂的输电网中。所述测速柜3用来测量发电机组发出的转速信号，然后将转速信号输出至控制器 4。所述控制器4包括由滤波单元、相位校正单元、比例放大单元、运算单元构成的信号处理 单元和主控单元；转速信号与标准转速信号进行比较后得到偏差值，该偏差值经滤波、相位 校正、比例放大、加权求和处理后，通过运算单元换算出三相TCR的晶闸管触发角；主控单 元以PT信号为同步信号控制晶闸管触发角，使得TCR中产生基于发电机转速信号的次同步 模态调制的无功电流。下面结合图3详细描述本发明的工作过程，发电机1的两路转速信号Wal、Wbl接 入测速柜3，发电机1经由升压变压器2与500kV母线相连，测速柜3的两路输出信号W_al， W_bl用光缆经过Kl环节的光电转换器接入控制器4，控制器4的控制信号接入三相TCR 5 的信号输入端，35kV母线I的PT接入控制器4的信号输入端，三相TCR5经由降压变压器6 接入500kV母线。所述控制器4中信号要经过以下几个处理步骤1.光电转换环节Kl，测速柜3的两路输出信号W_al，ff_b 1通过光电转换器接入控 制器4。2.比较环节K2，在该环节得到Wal与WO偏差值AWal，及Wbl与WO偏差值AWbl。3.低通、高通滤波器环节K3，偏差值AWal及偏差值AWbl各自经低通、高通滤波器K3滤掉低频和高频信号。4.带通滤波器环节K4，经过此环节可得到对应每个次同步模态的信号。5.相位校正环节K5，对应每个次同步模态频率的相位校正环节，与信号的整个处 理的延时和系统参数有关，相位校正的值需要经过理论计算，实验校正和检测来最终确定。6.比例放大环节K6，此环节为各个次同步模态最终加权求和处理的权值设定部 分。7.加权求和环节K7和放大环节K8，经过加权求和环节K7之后所有发电机组轴系 所产生的次同步振荡模态分量均已经通过加权求和的方式检测出来。结合图3所示，也就 是Bra 1和Brbl在各自的加权求和环节K7之后还需要取平均值得到等效导纳控制量Br， 然后经放大环节K8，再进入K9环节。8.函数环节K9，得到的等效导纳控制量Br经过函数F(a)变为晶闸管触发角，控 制器以PT信号为同步信号控制晶闸管触发角，使得TCR中流过由发电机转速信号的次同步 分量调制的无功电流，最终影响发电机转速，达到抑制次同步振荡的目的。所述的函数F( a)关系为Br = (2 Ji _2 a+Sin2 a ) / Ji L，根据该函数关系，通过 晶闸管控制电抗器TCR的导纳值Br即可计算出晶闸管的触发角。公式中Br-晶闸管控制电抗器TCR的等效导纳值a-晶闸管触发角 -工频频率L-相控电抗器的电感值由于三相TCR中流过由发电机转速信号得到的次同步分量调制的无功电流，该电 流输入500KV高压电网母线，最终改变了发电机转速，进而达到抑制次同步振荡的目的。上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普 通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同 的技术方案也应属于本发明公开的范畴。
权利要求
一种发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在于，该装置包括依次相连的测速柜、控制器、三相TCR、以及降压变压器；所述测速柜与发电机组相连，并将发电机组转速信号的偏差值输出至控制器；所述控制器包括信号处理单元和主控单元，并且所述控制器与所述三相TCR相连，所述信号处理单元还包括滤波单元、相位校正单元、比例放大单元、以及运算单元；所述三相TCR输出端接降压变压器；所述降压变压器与电网高压母线相连接；所述发电机组转速信号的偏差值经滤波、相位校正、比例放大、加权求和处理后，通过所述运算单元换算出三相TCR的晶闸管触发角；所述主控单元以PT信号为同步信号控制该晶闸管触发角，使得三相TCR中产生基于发电机转速信号的次同步模态调制的无功电流。
2.根据权利要求1所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在于，发电机组 转速信号的偏差值为发电机组实时转速信号与标准转速信号进行比较后得到偏差值。
3.根据权利要求2所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在于，所述的滤 波单元包括将转速信号的变化量经过低通、高通滤波器滤掉低频、高频信号的低通、高通滤 波器，以及对各个次同步模态信号分别进行带通滤波处理，得到次同步模态分量的带通滤 波器。
4.根据权利要求3所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在于，所述的相 位校正单元用来接收滤波单元输出的次同步模态信号，将次同步模态信号进行相位校正； 所述的比例单元用来将相位校正处理的次同步模态信号进行比例放大处理。
5.根据权利要求4所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在于，所述的运 算单元用来将相位校正、比例放大处理后的次同步模态信号进行加权求和处理得到等效导 纳控制量；将该等效导纳控制量通过函数F( a)运算变为晶闸管的触发角；所述函数F(a)关系为Br = (2 n-2 a+Sin2 a )/ ji L，其中 Br-晶闸管控制电抗器TCR的等效导纳控制量 a-晶闸管触发角 w-工频频率 L-相控电抗器的电感值。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在 于，所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置可为一台或多台。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置，其特征在 于，所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置可抑制一台或多台发电机组的次同步振荡。
8.一种发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在于，该方法将依次相连的测速柜、 控制器、三相TCR、以及降压变压器接入传统电网中所述测速柜与发电机组相连，并将发电机组转速信号的偏差值输出至控制器； 所述控制器包括信号处理单元和主控单元，并且所述控制器与所述三相TCR相连，所 述信号处理单元还包括滤波单元、相位校正单元、比例放大单元、以及运算单元； 所述三相TCR输出端接降压变压器； 所述降压变压器与电网高压母线相连接；所述发电机组转速信号的偏差值经滤波、相位校正、比例放大、加权求和处理后，通过所述运算单元换算出三相TCR的晶闸管触发角；所述主控单元以PT信号为同步信号控制该 晶闸管触发角，使得三相TCR中产生基于发电机转速信号的次同步模态调制的无功电流。
9.根据权利要求8所述的发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在于，发电机组 转速信号的偏差值为发电机组实时转速信号与标准转速信号进行比较后得到偏差值。
10.根据权利要求9所述的发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在于，所述的滤 波单元包括将转速信号的变化量经过低通、高通滤波器滤掉低频、高频信号的低通、高通滤 波器，以及对各个次同步模态信号分别进行带通滤波处理，得到次同步模态分量的带通滤 波器。
11.根据权利要求10所述的发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在于，所述的 相位校正单元用来接收滤波单元输出的次同步模态信号，将次同步模态信号进行相位校 正；所述的比例单元用来将相位校正处理的次同步模态信号进行比例放大处理。
12.根据权利要求11所述的发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在于，所述的 运算单元用来将相位校正、比例放大处理后的次同步模态信号进行加权求和处理得到等效 导纳控制量；将该等效导纳控制量通过函数F( α)运算变为晶闸管的触发角；所述函数F(a)关系为Br = (2 π-2 a+Sin2 a )/ π ωL，其中Br-晶闸管控制电抗器TCR的等效导纳控制量α-晶闸管触发角ω -工频频率L-相控电抗器的电感值。
13.根据权利要求8-12任意一项所述的发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在 于，所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置可为一台或多台。
14.根据权利要求8-12任意一项所述的发电机组次同步振荡动态稳定方法，其特征在 于，所述的发电机组次同步振荡动态稳定装置可抑制一台或多台发电机组的次同步振荡。
全文摘要
本发明涉及一种用于大型发电机组次同步振荡动态稳定装置和方法。该装置包括测速柜、控制器、三相TCR、降压变压器；所述测速柜与发电机组相连，并将发电机组转速信号的偏差值输出至控制器；所述控制器包括信号处理单元和主控单元，并且所述控制器与所述三相TCR相连，所述信号处理单元还包括滤波单元、相位校正单元、比例放大单元、以及运算单元；所述三相TCR输出端接降压变压器；所述降压变压器与电网高压母线相连接。本发明填补了利用SVC技术抑制次同步振荡的技术空白，在抑制次同步振荡方面有着控制方便，结构简单，成本低廉等优点。当现场有多台发电机组时，可以通过扩展控制器的信号处理单元完成多机转速信号的采集。
文档编号H02P9/00GK101877568SQ200910138810
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者任树东, 卓华, 吴建忠, 孟会永, 安万洙, 左强, 张银山, 李兴旺, 李海生, 李鹏, 杨小田, 杨文超, 林惊涛, 武云生, 王少波, 王绍德, 王飞义, 肖述林, 贾树旺, 顾强 申请人:中国神华能源股份有限公司;北京国华电力有限责任公司;荣信电力电子股份有限公司;陕西国华锦界能源有限责任公司;北京国电华北电力工程有限公司;陕西电力科学研究院;神华国华(北京)电力研究院有限公司