一种抑制火电机组次同步振荡的方法及系统与流程

本发明涉及发电机组次同步振荡抑制技术领域，更具体地，涉及一种抑制火电机组次同步振荡的方法及系统。

背景技术：

电力系统中应用串联补偿技术、高压直流输电(hvdc)技术以及大规模新能源接入都可能引起次同步振荡问题。次同步振荡是电气系统与汽轮发电机组转子机械系统之间的一种次同步频率机电耦合振荡现象，会引起发电机组转子轴系持续甚至是增幅的扭转振荡，产生轴系疲劳损耗，严重情况下导致机组轴系损坏事故。此问题若无法得到妥善解决，一方面会对发电机组设备构成威胁，直接影响到电力系统及设备的安全稳定运行；另一方面，由于次同步振荡导致串补或高压直流输电系统无法完全投运，会大大制约线路的输送能力，造成严重的经济损失。

目前常见的次同步振荡措施可分为主动和被动抑制措施；而对于主动抑制措施，根据抑制设备安装位置，又可分为两类。比较常见的抑制措施包括附加励磁阻尼控制器(sedc)、静止无功补偿器(svc)等。

sedc是在发电机组的励磁控制器上加装的阻尼控制器。该控制器在检测到发电机组轴系扭振时，按照一定的控制策略对发电机的励磁系统进行调节，以降低系统的次同步振荡。但由于sedc装于发电机励磁系统，受到励磁系统容量限制，抑制效果有限。

svc是一种成熟的facts装置，可装设于电厂高压汇集母线处。由于facts装置具有灵活快速的调节能力，当检测到系统发生次同步振荡时，通过一定的控制策略，快速改变其本身的等效阻抗，以增加对次同步振荡的阻尼。然而facts装置作为一次设备，价格较贵。

针对上述问题，本发明提出一种采用svc+sedc的火电机组次同步振荡综合抑制方法。

技术实现要素：

本发明技术方案提供一种抑制火电机组次同步振荡的方法及系统，以解决如何抑制火电机组次同步振荡的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种抑制火电机组次同步振荡的方法，所述方法包括：

建立包括静止无功发生器svc以及附加励磁阻尼控制器sedc的抑制控制器；

发电机转速偏差信号δω中包含发电机组轴系扭振模式分量的信息，作为所述次同步振荡阻尼控制器ssrdc的输入信号；所述次同步振荡阻尼控制器ssrdc根据δω来控制所述静止无功发生器svc触发角增量δα，微调发电机输出的电磁转矩增量δte；控制静止无功发生器svc，使得发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位；当发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位时，则在各扭振频率±1-2hz附近所述静止无功发生器svc对发电机组轴系提供正的电气阻尼，实现抑制次同步振荡；

所述附加励磁阻尼控制器sedc在检测到发电机组的轴系扭振时，所述附加励磁阻尼控制器sedc对检测到的轴系扭振信号进行移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，在励磁绕组中产生相应次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩；通过将控制参数配置合适，从而减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。

优选地，次同步振荡阻尼控制器ssrdc首先求得所述静止无功发生器svc触发角增量δα到发电机电磁转矩增量δte间传递函数g(s)的相位特性；然后设计合理的阻尼控制器c(s)来补偿g(s)的相位滞后，使得所述静止无功发生器svc在发电机组轴系扭振频率处能够提供电气阻尼。

优选地，所述附加励磁阻尼控制器sedc选取发电机转速偏差δω作为所述附加励磁阻尼控制器sedc的输入信号时，首先利用测试信号法获取机组励磁系统附加电压参考信号δusedc和相应的机组附加转矩δte之间的相位关系；再通过调整控制器超前滞后环节的参数来改变δω和δusedc之间的相位关系，达到理想的δte和δω的相位特性，即产生的附加转矩δte能够减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差。

优选地，将所述次同步振荡阻尼控制器ssrdc扩展成多通道阻尼控制器mssrdc，所述多通道阻尼控制器mssrdc采用多个模态控制通道，并且所述多个模态控制通道相互独立；所述多个模态控制通道中的每一个通道分别利用带通滤波器对各模态分量进行处理，并分别进行放大和相位补偿，最后将每一个通道触发角信号增量相加后送到所述静止无功发生器svc的触发单元完成触发。

优选地，当所述静止无功发生器svc需要检修时，利用所述附加励磁阻尼控制器sedc抑制次同步振荡。

优选地，所述静止无功发生器svc作为主抑制措施，所述附加励磁阻尼控制器sedc作为辅助抑制措施。

基于本发明的另一方面，提供一种抑制火电机组次同步振荡的系统，所述系统包括：

建立单元，用于建立包括静止无功发生器svc以及附加励磁阻尼控制器sedc的抑制控制器；

第一抑制单元，发电机转速偏差信号δω中包含发电机组轴系扭振模式分量的信息，作为所述次同步振荡阻尼控制器ssrdc的输入信号；所述次同步振荡阻尼控制器ssrdc根据δω来控制所述静止无功发生器svc触发角增量δα，微调发电机输出的电磁转矩增量δte；控制静止无功发生器svc，使得发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位；当发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位时，则在各扭振频率±1-2hz附近所述静止无功发生器svc对发电机组轴系提供正的电气阻尼，实现抑制次同步振荡；

第二抑制单元，用于所述附加励磁阻尼控制器sedc在检测到发电机组的轴系扭振时，所述附加励磁阻尼控制器sedc对检测到的轴系扭振信号进行移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，在励磁绕组中产生相应次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩；通过将控制参数配置合适，从而减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。

优选地，所述第一抑制单元还用于次同步振荡阻尼控制器ssrdc首先求得所述静止无功发生器svc触发角增量δα到发电机电磁转矩增量δte间传递函数g(s)的相位特性；然后设计合理的阻尼控制器c(s)来补偿g(s)的相位滞后，使得所述静止无功发生器svc在发电机组轴系扭振频率处能够提供电气阻尼。

优选地，所述第二抑制单元还用于所述附加励磁阻尼控制器sedc选取发电机转速偏差δω作为所述附加励磁阻尼控制器sedc的输入信号时，首先利用测试信号法获取机组励磁系统附加电压参考信号δusedc和相应的机组附加转矩δte之间的相位关系；再通过调整控制器超前滞后环节的参数来改变δω和δusedc之间的相位关系，达到理想的δte和δω的相位特性，即产生的附加转矩δte能够减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差。

优选地，所述第一抑制单元还用于将所述次同步振荡阻尼控制器ssrdc扩展成多通道阻尼控制器mssrdc，所述多通道阻尼控制器mssrdc采用多个模态控制通道，并且所述多个模态控制通道相互独立；所述多个模态控制通道中的每一个通道分别利用带通滤波器对各模态分量进行处理，并分别进行放大和相位补偿，最后将每一个通道触发角信号增量相加后送到所述静止无功发生器svc的触发单元完成触发。

优选地，用于当所述静止无功发生器svc需要检修时，利用所述附加励磁阻尼控制器sedc抑制次同步振荡。

优选地，所述静止无功发生器svc作为主抑制措施，所述附加励磁阻尼控制器sedc作为辅助抑制措施。

本发明技术方案提供一种抑制火电机组次同步振荡的方法及系统，其中方法包括：建立包括静止无功发生器svc以及附加励磁阻尼控制器sedc的抑制控制器；发电机转速偏差信号δω中包含发电机组轴系扭振模式分量的信息，作为次同步振荡阻尼控制器ssrdc的输入信号；次同步振荡阻尼控制器ssrdc根据δω来控制静止无功发生器svc触发角增量δα，微调发电机输出的电磁转矩增量δte；控制静止无功发生器svc，使得发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位；当发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位时，则在各扭振频率附近静止无功发生器svc对发电机组轴系提供正的电气阻尼，实现抑制次同步振荡；附加励磁阻尼控制器sedc在检测到发电机组的轴系扭振时，附加励磁阻尼控制器sedc对检测到的轴系扭振信号进行移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，在励磁绕组中产生相应次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩；通过将控制参数配置合适，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。本发明技术方案单独采用两种抑制措施都可有效提高机组的次同步电气阻尼。当同时采用两种抑制措施时，机组阻尼体现为两种单独措施的叠加，这表明，附加励磁阻尼控制器sedc和静止无功发生器svc两种抑制措施之间没有产生相互不利的影响，因此，采用两种措施联合抑制次同步振荡可以起到更好的效果。另一方面，与仅采用静止无功发生器svc进行抑制相比，在采用附加励磁阻尼控制器sedc之后，静止无功发生器svc的容量可适当降低，从而在经济性上具有更好的效果。此外，在次同步振荡相对较弱的系统中，若静止无功发生器svc需要检修时，可仅采用附加励磁阻尼控制器sedc进行抑制，当发电机组因为系统扰动产生次同步振荡时，附加励磁阻尼控制器sedc可以起到一定的抑制效果，减缓振荡幅度，延迟切机保护动作时间，从而给运行人员更多时间采取调整系统运行方式的手段消除机组次同步振荡。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的svc+sedc的次同步振荡抑制方法接线示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的svc抑制次同步振荡的原理示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的mssrdc控制器示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的sedc的基本结构示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的系统结构图；

图7为根据本发明优选实施方式的单独采用sedc、svc及svc+sedc时发电机组的电气阻尼示意图；以及

图8为根据本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的方法流程图。本申请提出同时采用两种抑制装置——静止无功发生器(svc)以及附加励磁阻尼控制器(sedc)进行发电机组的次同步振荡抑制，在经济性和可控性上预计有更好的效果。两种控制器在次同步振荡抑制方面为和的关系。静止无功发生器svc抑制能力强，附加励磁阻尼控制器sedc投资小。两者联合抑制一方面可以降低静止无功发生器svc的容量，降低投资；另一方面，在静止无功发生器svc检修时可采用附加励磁阻尼控制器sedc进行备用，在发生次同步振荡时可以减缓振荡幅度，延迟切机保护动作时间，从而给运行人员更多时间采取调整系统运行方式的手段消除机组次同步振荡。如图1所示，一种抑制火电机组次同步振荡的方法，方法包括：

优选地，在步骤101：建立包括静止无功发生器svc以及附加励磁阻尼控制器sedc的抑制控制器。本申请提出的抑制方法包括，在发电机励磁系统中增加附加阻尼控制环节，在发电厂高压母线侧装设svc并设置相应的附加阻尼控制环节。其中，静止无功发生器svc，也称作次同步振荡阻尼控制器ssrdc，静止无功发生器svc在用作次同步振荡抑制时可称作次同步振荡阻尼控制器ssrdc。接线图如图2所示。

优选地，在步骤102：发电机转速偏差信号δω中包含发电机组轴系扭振模式分量的信息，作为次同步振荡阻尼控制器ssrdc的输入信号；次同步振荡阻尼控制器ssrdc根据δω来控制静止无功发生器svc触发角增量δα，微调发电机输出的电磁转矩增量δte；控制静止无功发生器svc，使得发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位；当发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位时，则在各扭振频率±1-2hz附近静止无功发生器svc对发电机组轴系提供正的电气阻尼，实现抑制次同步振荡。

优选地，次同步振荡阻尼控制器ssrdc首先求得静止无功发生器svc触发角增量δα到发电机电磁转矩增量δte间传递函数g(s)的相位特性；然后设计合理的阻尼控制器c(s)来补偿g(s)的相位滞后，使得静止无功发生器svc在发电机组轴系扭振频率处能够提供电气阻尼。

优选地，附加励磁阻尼控制器sedc选取发电机转速偏差δω作为附加励磁阻尼控制器sedc的输入信号时，首先利用测试信号法获取机组励磁系统附加电压参考信号δusedc和相应的机组附加转矩δte之间的相位关系；再通过调整控制器超前滞后环节的参数来改变δω和δusedc之间的相位关系，达到理想的δte和δω的相位特性，即产生的附加转矩δte能够减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差。

优选地，将次同步振荡阻尼控制器ssrdc扩展成多通道阻尼控制器mssrdc，多通道阻尼控制器mssrdc采用多个模态控制通道，并且多个模态控制通道相互独立；多个模态控制通道中的每一个通道分别利用带通滤波器对各模态分量进行处理，并分别进行放大和相位补偿，最后将每一个通道触发角信号增量相加后送到静止无功发生器svc的触发单元完成触发。

本申请中，svc抑制次同步振荡的基本原理可以通过图3简要说明。发电机转速偏差信号δω中包含发电机组轴系扭振模式分量的信息，常作为次同步振荡阻尼控制器(ssrdc)的输入信号。ssrdc根据δω来控制svc触发角增量δα，进而微调发电机输出的电磁转矩增量δte。显然，若能恰当控制svc，进而使得发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位，则在各扭振频率附近svc就能对发电机组轴系提供正的电气阻尼，实现抑制次同步振荡的目的。

ssrdc控制器设计的关键是：①首先求得svc触发角增量δα到发电机电磁转矩增量δte间传递函数g(s)的相位特性；②然后设计合理的阻尼控制器c(s)来补偿g(s)的相位滞后，使得svc在发电机组轴系扭振频率处能够提供合适大小的电气阻尼。g(s)可以通过测试信号法计算获得。

由于发电机组轴系通常包含多个扭振模式，图3所示的单通道控制器在对某个扭振模式提供正阻尼的同时，却可能对另外一个扭振模式提供负的阻尼。为了防止这种情况发生，可以将ssrdc扩展成如图4所示的多通道阻尼控制器(mssrdc)。mssrdc采用多个模态控制通道，并且相互独立。各通道分别利用带通滤波器对各模态分量进行处理，并分别进行放大和相位补偿。最后将各通道触发角信号增量相加后送到svc的触发单元完成触发。

优选地，在步骤103：附加励磁阻尼控制器sedc在检测到发电机组的轴系扭振时，附加励磁阻尼控制器sedc对检测到的轴系扭振信号进行移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，在励磁绕组中产生相应次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩；通过将控制参数配置合适，从而减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。

本申请用于抑制系统次同步振荡的sedc的设计，其主要思想类似于pss抑制系统低频振荡。在检测到发电机组的轴系扭振时，sedc对检测到的轴系扭振信号进行适当的移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，因此可在励磁绕组中产生相应次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩，若控制参数配置合适，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。

sedc设计基本思路是，当选取发电机转速偏差δω作为sedc的输入信号时，首先利用测试信号法获取机组励磁系统附加电压参考信号δusedc和相应的机组附加转矩δte之间的相位关系。之后通过调整控制器超前滞后环节的参数来改变δω和δusedc之间的相位关系，从而最终达到理想的δte和δω的相位特性。相应的sedc基本结构如图5所示。

优选地，当静止无功发生器svc需要检修时，利用附加励磁阻尼控制器sedc抑制次同步振荡。

优选地，静止无功发生器svc作为主抑制措施，附加励磁阻尼控制器sedc作为辅助抑制措施。

本申请单独采用两种抑制措施都可有效提高机组的次同步电气阻尼。当同时采用两种抑制措施时，机组阻尼体现为两种单独措施的叠加，这表明，sedc和svc两种抑制措施之间没有产生相互不利的影响，因此，采用两种措施联合抑制次同步振荡可以起到更好的效果。本申请实施方式与仅采用svc进行抑制相比，在采用sedc之后，svc的容量可适当降低，从而在经济性上具有更好的效果。此外，在次同步振荡相对较弱的系统中，若svc需要检修时，可仅采用sedc进行抑制，当发电机组因为系统扰动产生次同步振荡时，sedc可以起到一定的抑制效果，减缓振荡幅度，延迟切机保护动作时间，从而给运行人员更多时间采取调整系统运行方式的手段消除机组次同步振荡。

图6为根据本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的系统结构图。如图6所示，以ieee次同步振荡第一标准系统为基础，同时采用sedc和svc。svc安装于发电机出口，容量为发电机的10％。外送线路串联补偿度为50％。

图7为根据本发明优选实施方式的单独采用sedc、svc及svc+sedc时发电机组的电气阻尼示意图。由图7可见，单独采用两种抑制措施都可有效提高机组的次同步电气阻尼。当同时采用两种抑制措施时，机组阻尼体现为两种单独措施的叠加，这表明，sedc和svc两种抑制措施之间没有产生相互不利的影响，因此，采用两种措施联合抑制次同步振荡可以起到更好的效果。

图8为根据本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的系统结构图。如图8所示，一种抑制火电机组次同步振荡的系统，包括：

建立单元801，用于建立包括静止无功发生器svc以及附加励磁阻尼控制器sedc的抑制控制器。

第一抑制单元802，发电机转速偏差信号δω中包含发电机组轴系扭振模式分量的信息，作为次同步振荡阻尼控制器ssrdc的输入信号；次同步振荡阻尼控制器ssrdc根据δω来控制静止无功发生器svc触发角增量δα，微调发电机输出的电磁转矩增量δte；控制静止无功发生器svc，使得发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位；当发电机组各扭振频率附近δte都与δω同相位时，则在各扭振频率±1-2hz附近静止无功发生器svc对发电机组轴系提供正的电气阻尼，实现抑制次同步振荡。

第二抑制单元803，用于附加励磁阻尼控制器sedc在检测到发电机组的轴系扭振时，附加励磁阻尼控制器sedc对检测到的轴系扭振信号进行移相和放大，输出控制信号叠加在励磁调节器控制信号上，在励磁电压上产生次同步频率分量，在励磁绕组中产生相应次同步频率电流分量，在机组轴系上附加次同步频率转矩；通过将控制参数配置合适，从而减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差，该阻尼转矩可削弱或抑制机组次同步振荡。

优选地，第一抑制单元802还用于次同步振荡阻尼控制器ssrdc首先求得静止无功发生器svc触发角增量δα到发电机电磁转矩增量δte间传递函数g(s)的相位特性；然后设计合理的阻尼控制器c(s)来补偿g(s)的相位滞后，使得静止无功发生器svc在发电机组轴系扭振频率处能够提供电气阻尼。

优选地，第二抑制单元803还用于附加励磁阻尼控制器sedc选取发电机转速偏差δω作为附加励磁阻尼控制器sedc的输入信号时，首先利用测试信号法获取机组励磁系统附加电压参考信号δusedc和相应的机组附加转矩δte之间的相位关系；再通过调整控制器超前滞后环节的参数来改变δω和δusedc之间的相位关系，达到理想的δte和δω的相位特性，即产生的附加转矩δte能够减小发电机组各扭振频率附近的转速偏差。

优选地，第一抑制单元802还用于将次同步振荡阻尼控制器ssrdc扩展成多通道阻尼控制器mssrdc，多通道阻尼控制器mssrdc采用多个模态控制通道，并且多个模态控制通道相互独立；多个模态控制通道中的每一个通道分别利用带通滤波器对各模态分量进行处理，并分别进行放大和相位补偿，最后将每一个通道触发角信号增量相加后送到静止无功发生器svc的触发单元完成触发。

优选地，系统中同时配置静止无功发生器svc及附加励磁阻尼控制器sedc时，与仅配置svc相比，达到同样的抑制效果时，采用svc+sedc方法所需的svc容量相对更小，投资降低。

优选地，系统中当静止无功发生器svc需要检修时，利用附加励磁阻尼控制器sedc抑制次同步振荡。

优选地，系统中静止无功发生器svc作为主抑制措施，附加励磁阻尼控制器sedc作为辅助抑制措施。

本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的系统800与本发明优选实施方式的抑制火电机组次同步振荡的方法100相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。