一种考虑交流滤波器的确定机组作用系数方法与流程

本发明属于发电机组故障分析技术领域，特别设计一种基于次同步振荡分析考虑交流滤波器的确定机组作用系数的方法。

背景技术：

目前我国正在建设个千万千瓦级风电基地，大规模风电外送成为必然。而加装串补电容的超特高压交流输电和高压直流输电作为大规模风电外送的种重要方式可能会诱发次同步振荡问题。因此对大规模风电外送次同步振荡机理进行研宄具有重要意义。高压直流输电凭借其先进的技术和经济上的优势在电力系统输电方面得到了广泛的应用，在我国的西电东送工程中正在发挥着重要的作用。但人们也意识到，在一定的系统结构和运行方式下，hvdc容易引起与整流侧连接的汽轮发电机组的次同步振荡(sso)问题，在现代的电力系统规划、运行中需要研究sso带来的交直流系统安全稳定性问题，而深入分析检测直流输电系统引起sso的方法对于电力系统来说有重大意义，同时无论对研究引起sso现象的作用机理还是其抑制措施都要几个重要意义，具有重要的工程价值。

对于次同步振荡问题，已经形成了多种有效的分析方法，比如：机组作用系数分析法、阻抗扫描分析法、特征值分析法、复转矩系数分析法、时域仿真分析法。其中，机组作用系数分析法主要用于定性分析和筛选出存在次同步阵防风险的机组及运行工况，其具有计算方法简单、速度快，所需要的基础数据较少等优点。

但传统的机组作用系数分析法忽略了线路中交流滤波器对电路的影响，从发电机发出的交流电在经过整流站送往高压直流输电线路之前需要用交流滤波器对其进行滤波，其目的是将不需要的电流谐波旁路到电源地。交流滤波器对系统具有无功补偿的作用，完全不考虑交流滤波器的影响因素，难以有效反应机组的次同步振荡风险。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种基于此同步振方分析的确定机组作用系数的方法，考虑交流滤波器对电路的影响，改进传统机组作用系数计算方法，对其参数的计算方法进行完善，以解决现有技术中交流滤波器对线路的无功补偿影响，提高计算精度。

在一些说明性实施例中，所述基于次同步振荡分析的确定机组作用系数的方法，在系统中加入双调谐波交流滤波器，包括：将多调交流谐波滤波器加入到高压直流换流系统中整流侧；考虑多调交流谐波滤波器对直流输电系统的容量无功补偿影响；通过短路计算得到新的直流输电整流站与发电机组之间交流母线上的三相短路断流；根据新的短路电流，确定新的机组作用系数，分析其取值与检测次同步振荡的关系。

与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：

本发明考虑到高压直流输电系统中整流站与发电机组之间的交流滤波器无功补偿情况，通过短路计算，对直流输电整流站交流母线上得三相短路容量计算方法进行改进，从而进一步改进确定机组作用系数的方法，提高了机组作用系数法的测量精度，可靠性强，在实际过程中采用该方法，大大降低了次同步振荡的风险。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明是示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是按照本发明的说明性实施例的流程图；

图2是本实施例高压直流输电系统电路图。

图3是多调交流谐波滤波器电路图及其等效电路图；

图4是实施例高压直流输电正常工作时等效电路图及其在整流站与发电机组之间f点短路等效电路图；

具体实施方式

在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。没有提出特定的组件与电路，而是简化成为等效电路，但是本领域的技术人员会在没有其他特定细节情况下理解本发明。在其他情况下，没有详细介绍基础的电路、组件、方法、公式，以免影响对本发明的理解。

本发明专利提出了一种考虑交流滤波器的确定机组作用系数方法，对检测次同步振荡情况的机组作用系数方法进行改进，需要考虑交流滤波器对高压直流输电产生的影响，形成新的机组作用系数公式，在原有的机组作用公式上进行改进，进一步提高了计算的效率和准确性。

如图1所示，公开了一种基于次同步振荡分析的确定机组作用系数的方法：

1、将多调交流谐波滤波器加入到高压直流换流系统中整流侧；

2、考虑多调交流谐波滤波器对直流输电系统的容量无功补偿影响；

3、通过短路计算得到新的直流输电整流站与发电机组之间交流母线上的三相短路断流；

4、根据新的短路电流，确定新的机组作用系数，分析其取值与检测次同步振荡的关系。

如图2所示，在原有的高压直流输电系统整流侧加入多调交流谐波滤波器，形成新的系统电路图。

在高压直流输电系统整流站与发电机组之间加入多调交流谐波滤波器，其功能是将不需要的电流谐波旁路到电源地。

相对于单调谐波滤波器，多调交流谐波滤波器可以同时消除2个不同频率的谐波，即可以等效为两个单调谐波滤波器。

根据图2，可得图4为考虑交流滤波器的高压直流输电系统等效电路，从而根据图3、图4进行短路计算。

如图3所示，为多调交流谐波滤波器电路图，及其等效电路图。根据多调交流谐波滤波器各电阻、电容、电感参数，确定其阻抗：

式中，z(ω)为多调交流谐波滤波器产生无功功率补偿部分的等效阻抗；ω为交流谐振滤波器谐振频率；c1，l1分别为交流谐波滤波器串联部分的电容值和电感值；ci，li分别为交流谐波滤波器并联部分的电容值和电感值；k为交流谐波滤波器可滤除不同频率谐波数量(k≥2)。

此公式对多调交流谐波滤波器的无功补偿部分的等效阻抗做以总结，适用于基础的多调交流谐波滤波器等值阻抗的计算。当式中n＝0时，相当于单调谐波滤波器的等值阻抗，当n＝1时为多调谐波滤波器的等值阻抗。k≥2时，该交流滤波器可滤除两种以上不同频率的谐波。

将电路负载等效为一个额定容量与发电机组相同的电动机，根据多调交流谐波滤波器阻抗，计算其短路电流：

计算发电机侧等效短路电流：

计算等效电动机侧等效短路电流：

计算整流侧交流母线短路电流：

其中，为短路点与发电机之间电路的电流；为发电机等效电动势标幺值；x1，x2分别为发电机等效电抗和短路点与发电机之间输电线路的等效电抗；z(ω)为多调交流谐波滤波器等效阻抗；ib为线路电流基准值；为等效电动机与短路点之间的等效电流；为电动机等效电动势；x3为等效电动机与短路点之间输电线路等效电抗；

根据上式，得到新的机组作用系数公式中直流输电整流站交流母线上的三相短路容量计算方法，以不包括第i台发电机组贡献的直流输电整流站交流母线上的三相短路容量为例：

其中，sci"为考虑交流滤波器对直流输电影响的，不计算第i个发电机组的直流输电系统整流站交流母线上的三相短路容量，为线路交流母线额定电压，为考虑多调交流谐波滤波器影响的短路电流。sc"tot为考虑交流滤波器对直流输电影响的，计算第i个发电机的直流输电系统整流站交流母线上的三相短路容量，计算方法同sc"i。

4、对原始机组作用系数计算公式进行改进，得到新的计算公式，其特征为：对机组作用系数公式中系数sci和sctot进行改进，使其考虑交流滤波器对电路的影响：

式中，uifi"为考虑交流滤波器影响的新的第i台发电机组与直流输电之间的作用系数；shvdc为直流输电系统的额定容量(mw)；si为第i台发电机组的额定容量(mva)。其中shvdc和si在规划和设计发电站、直流输电工程时都是已知的。

下面对上述方案进行具体说明：

在交直流电力系统中，有直流输电引起的次同步振荡问题(简称sso)将会是汽轮发电机组产生轴系谐振，严重时造成轴系损坏。机组作用系数法是针对与直流输电系统有关的电力系统次同步振荡问题而提出来的一种分析方法。当hvdc整流站靠近火力发电厂时，很容易因为汽轮发电机轴系的相互作用导致次同步振荡，因此iec/tr60919-3标准提出了机组作用系数分析法，用于评估hvdc工程引起次同步振荡的风险。

该标准要求，对于任何新的高压直流输电系统，如果存在与汽轮发电机发生扭转向互作用的潜在可能性，其技术规范应该为确定是否需要进行深入研究和采用附加次同步阻尼控制器(ssdc)的设计研究提供所需资料。机组作用系数法可表示为：

式中uifi为第i台发电机组的作用系数；shvdc为直流输电系统的额定容量；si为第i台发电机组的额定容量；sci为直流输电整流站交流母线上的三相短路容量，计算该短路容量时不包括第i台发电机组的贡献，同步也不包括交流滤波器的作用；sctot为直流输电整流站交流母线上包括第i台发电机组贡献的三相短路容量，计算该短路容量时不包括交流滤波器的作用。

本发明的目的是针对现有机组作用系数公式的不全面性而提出一种考虑交流滤波器对整体电路短路容量计算的影响的改进计算方法，其特点是在整流站和发电机组之间加入多调交流谐波滤波器，再通过短路计算得到新的电路电流，从而得到新的短路容量计算公式，进一步改进了机组作用系数公式，进一步提高了计算的效率与准确性。

在高压直流输电系统中，整流侧存在交流滤波器，用来滤除不需要的谐波，传统的机组作用系数法忽略了交流滤波器对系统线路的影响，但实际上，交流滤波器对线路具有无功补偿的作用，从而影响短路容量的计算，不应忽略。

其中，s为线路容量，pd为线路有功功率，qf为线路无功功率，qe为原线路不考虑交流滤波器的无功功率，qlc为交流滤波器补偿的无功功率。

本发明在传统机组作用系数方法上，考虑交流滤波器对线路的影响，在系统中加入多调交流谐波滤波器，提高了计算的准确度。

如图1所示，公开了一种基于此同步震荡分析的考虑交流滤波器对输电系统影响的确定机组作用系数的方法，包括：

(1)将多调交流谐波滤波器加入到高压直流换流系统中整流侧；

(2)考虑多调交流谐波滤波器对直流输电系统的容量无功补偿影响；

(3)通过短路计算得到新的直流输电整流站与发电机组之间交流母线上的三相短路电流；

(4)根据新的短路电流，确定新的机组作用系数，分析其取值与检测次同步振荡的关系

在高压直流输电系统整流站与发电机组之间加入多调交流谐波滤波器，结构如附图3，其功能是将不需要的电流谐波旁路到电源地。相对于单调谐波滤波器，多调交流谐波滤波器可以同时消除2个不同频率的谐波，即可以等效为两个单调谐波滤波器。

这种修正方法的具体计算步骤如下：

(1)依据传统方法计算机组作用系数，如下式：

(2)根据附图2多调交流谐波滤波器各电阻、电容、电感参数，可以确定其阻抗为：

式中，z(ω)为双调谐波滤波器产生无功功率补偿部分的等效阻抗；ω为交流谐振滤波器谐振频率；c1，l1分别为交流谐波滤波器串联部分的电容值和电感值；ci，li分别为交流谐波滤波器并联部分的电容值和电感值；k为交流谐波滤波器可滤除不同频率谐波数量(k≥2)。

将电路负载等效为一个额定容量与发电机组相同的电动机，构成如附图4的等效电路图。再本等效电路中，为方便进行分析，假设负载等效的电动机和待测量发电机组的额定容量相同。一般在高压输电条件下忽略阻抗对电路的影响，只考虑电路中存在的感抗，从而得到了如附图3的等效电路图。根据多调交流谐波滤波器阻抗，计算其短路电流：

(3)计算发电机与电动机基准电流值：

其中，sb为待测发电机与等效电动机的额定容量；ue为等效电路的额定电压。

(4)以为参考向量，对其取标幺值得：

其中，uf(0)为短路点f处的电压值，其相位角与额定电压相位角一致。

(5)根据附图3等效电路，求正常工作下电流，得：

其中，p为电动机有功功率，cosθ为线路功率因数，θ为功率角。

(6)对其求标幺值

(7)由工作电流可求发电机暂态电动势，得：

其中，x1为等效发电机电抗，x2短路点与发电机组之间线路的等效电抗，z为多调交流谐波滤波器等效阻抗。

(8)同理，可求电动机暂态电动势，得：

其中，x3为等效电动机电抗。

(9)短路后，根据等值电路计算出各电流：

a)计算发电机侧等效短路电流：

b)计算等效电动机侧等效短路电流：

(10)将发电机侧等效短路电流与等效电动机侧等效短路电流求和，计算整流侧交流母线短路电流：

其中，为短路点与发电机之间电路的电流；为发电机等效电动势标幺值；x1，x2分别为发电机等效电抗和短路点与发电机之间输电线路的等效电抗；z(ω)为多调交流谐波滤波器等效阻抗；ib为线路电流标准值；为等效电动机与短路点之间的等效电流；为电动机等效电动势；x3为等效电动机与短路点之间输电线路等效电抗；

计算整流侧交流母线短路电流的方法，得到新的机组作用系数公式中直流输电整流站交流母线上的三相短路容量计算方法，考虑整流侧与发电机组之间交流滤波器的无功补偿对整体短路容量的影响，以不包括第i台发电机组贡献的直流输电整流站交流母线上的三相短路容量为例：

其中，sci"为考虑交流滤波器对直流输电影响的，不计算第i个发电机组的直流输电系统整流站交流母线上的三相短路容量，为线路交流母线额定电压，为考虑多调交流谐波滤波器影响的短路电流。sc"tot为考虑交流滤波器对直流输电影响的，计算第i个发电机的直流输电系统整流站交流母线上的三相短路容量，计算方法同sc"i。

(12)对原始机组作用系数计算公式进行改进，得到新的计算公式，对原公式中系数sci和sctot进行改进，使其考虑交流滤波器对电路的影响：

式中，uifi"为考虑交流滤波器影响的新的第i台发电机组与直流输电之间的作用系数；shvdc为直流输电系统的额定容量(mw)；si为第i台发电机组的额定容量(mva)。其中shvdc和si在规划和设计发电站、直流输电工程时都是已知的。