專利名稱：附加同軸雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種附加同軸雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中應(yīng)用串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)和高壓直流輸電(HVDC)技術(shù)都可能引起次同步振蕩問(wèn)題。次同步振蕩是電氣系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子機(jī)械系統(tǒng)之間的一種次同步頻率機(jī)電耦合振蕩現(xiàn)象，會(huì)引起發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸系持續(xù)甚至是增幅的扭轉(zhuǎn)振蕩，產(chǎn)生軸系疲勞損耗， 嚴(yán)重情況下導(dǎo)致機(jī)組軸系損壞事故。此問(wèn)題若無(wú)法得到妥善解決，一方面會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備構(gòu)成威脅，直接影響到電力系統(tǒng)及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面，由于次同步振蕩導(dǎo)致串補(bǔ)或高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)法完全投運(yùn)，會(huì)大大制約線路的輸送能力，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于電力系統(tǒng)次同步振蕩問(wèn)題，常見(jiàn)的抑制措施有阻塞濾波器、柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTQ裝置、附加勵(lì)磁阻尼控制器等，但在經(jīng)濟(jì)性、適用性以及可控性等方面各自存在一定的缺陷，在實(shí)際應(yīng)用中不能很好的解決次同步振蕩問(wèn)題。目前常見(jiàn)的次同步振蕩措施可分為主動(dòng)和被動(dòng)抑制措施；而對(duì)于主動(dòng)抑制措施， 根據(jù)抑制設(shè)備安裝位置，又可分為兩類。1)在發(fā)電機(jī)采取次同步振蕩抑制措施，主要包括①極面阻尼繞組。增加發(fā)電機(jī)極面阻尼繞組，可以減小在次同步振蕩頻率下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的負(fù)電阻，使得機(jī)電耦合作用時(shí)電氣回路的等效電阻為正。②附力口厲力磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller, SEDC)。在發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁控制器上加裝阻尼控制器。該控制器在檢測(cè)到發(fā)電機(jī)組軸系扭振時(shí)，按照一定的控制策略對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以降低系統(tǒng)的次同步振蕩。最近，國(guó)內(nèi)外有研究人員提出采用附加同軸普通異步電機(jī)抑制次同步振蕩的方法，這種方法的基本原理是，異步電機(jī)與發(fā)電機(jī)電樞繞組并聯(lián)、機(jī)械轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)運(yùn)行，在同步旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子中沒(méi)有電勢(shì)；而在發(fā)電機(jī)端電壓頻率變化或軸系轉(zhuǎn)速變化時(shí)，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的極面阻尼繞組，增加發(fā)電機(jī)的阻尼水平。2)在機(jī)組接入及電廠外送系統(tǒng)中采取措施，主要包括①阻塞濾波器。次同步振蕩時(shí)由于電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)之間的耦合振蕩引起的。 阻塞濾波器的思路是，設(shè)計(jì)與可能產(chǎn)生的次同步振蕩頻率諧振的濾波器，阻斷電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)之間的耦合作用。②各種FACTS裝置，如NGH阻尼器、可控串補(bǔ)(TCSC)、基于靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)/ 靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定器、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償(SSSC)。FACTS裝置通常并聯(lián)或串聯(lián)在系統(tǒng)中，由于FACTS裝置具有靈活快速的調(diào)節(jié)能力，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)發(fā)生次同步振蕩時(shí)，通過(guò)一定的控制策略，快速改變其本身的等效阻抗，以增加對(duì)次同步振蕩的阻尼。被動(dòng)抑制措施包括采用如扭應(yīng)力繼電器(TSR)、電樞電流繼電器和次同步電流繼電器等保護(hù)措施，在必要時(shí)退出機(jī)組、串補(bǔ)等。以上所述的各種次同步振蕩抑制措施均各自存在種種不足或缺陷。1)發(fā)電機(jī)是非常復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，設(shè)計(jì)定型后難以增加極面阻尼繞組。而附加勵(lì)磁阻尼控制器由于受勵(lì)磁系統(tǒng)容量限制，對(duì)次同步振蕩的阻尼作用有限，在系統(tǒng)大干擾工況下需要發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器(automatic voltage regulator, AVR)強(qiáng)勵(lì)時(shí)，由于勵(lì)磁系統(tǒng)已飽和，反而會(huì)失去調(diào)節(jié)控制能力。采用附加同軸普通異步電機(jī)的方法，由于普通異步電機(jī)為鼠籠式結(jié)構(gòu)，不具備可控制調(diào)節(jié)性，抑制次同步振蕩的能力比較有限。2)阻塞濾波器屬于一次設(shè)備，占用場(chǎng)地較大，投資很大，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)敏感度高；輸電系統(tǒng)存在多種系統(tǒng)正常運(yùn)行方式和故障系統(tǒng)運(yùn)行方式，而各種基于FACTS的抑制措施難以確保在所有可能的系統(tǒng)運(yùn)行方式下均具有良好的次同步振蕩阻尼控制能力。3)各種被動(dòng)式的保護(hù)措施只能在次同步振蕩發(fā)生時(shí)起到減輕或避免機(jī)組損壞的作用，并不能避免次同步振蕩的出現(xiàn)，保護(hù)動(dòng)作后降低了電廠出力或線路輸送能力，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上不足，本發(fā)明提出一種附加雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的方法。本發(fā)明提出在汽輪發(fā)電機(jī)組軸系端部同軸串聯(lián)雙饋電機(jī)，雙饋電機(jī)的電樞繞組與發(fā)電機(jī)電樞繞組并聯(lián)，在雙饋電機(jī)的勵(lì)磁電源附加次同步振蕩控制。附加的雙饋電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)沒(méi)有直接聯(lián)系，不影響發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制特性。而雙饋電機(jī)具有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源快速調(diào)節(jié)特性，能夠產(chǎn)生機(jī)組軸系阻尼電磁轉(zhuǎn)矩，通過(guò)設(shè)置合理的控制策略，可以更有效的提高對(duì)次同步振蕩的阻尼水平。本發(fā)明提出了一種附加同軸雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的方法，在汽輪發(fā)電機(jī)組軸系端部同軸串聯(lián)雙饋電機(jī)，雙饋電機(jī)的電樞繞組與發(fā)電機(jī)機(jī)端的電樞繞組并聯(lián)，在雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組連接可控勵(lì)磁電源和旁路開關(guān)；勵(lì)磁電源和旁路開關(guān)由控制器控制運(yùn)行狀態(tài)，控制器的輸入信號(hào)為機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速，當(dāng)機(jī)組軸系扭振幅度小于設(shè)定值時(shí)，控制器控制勵(lì)磁電源不輸出、旁路開關(guān)閉合，雙饋電機(jī)為普通異步電機(jī)在同步速度下運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到機(jī)組軸系扭振，也即次同步振蕩的幅度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制器控制旁路開關(guān)打開、勵(lì)磁電源輸出次同步頻率勵(lì)磁電流，相位合適時(shí)雙饋電機(jī)在機(jī)組軸系上產(chǎn)生次同步振蕩阻尼轉(zhuǎn)矩，這種附加次同步振蕩控制直接施加于機(jī)組軸系，從而提高軸系次同步振蕩阻尼能力；附加雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)沒(méi)有直接信號(hào)連接，不影響發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制特性；雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源采用基于電壓源換流器(voltage source converter, VSC)，具有快速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流幅值、頻率和相位特性，在機(jī)組軸系上施加次同步頻率的電磁轉(zhuǎn)矩，相位合適時(shí)可以抑制機(jī)組軸系的次同步振蕩，從而有效的提高機(jī)組對(duì)次同步振蕩的阻尼水平。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明考慮了對(duì)各種不同工況的適用性，避免了在部分現(xiàn)有抑制措施在某些工況下失效的情況；考慮了對(duì)次同步振蕩阻尼的可控性；本發(fā)明提出的汽輪機(jī)組次同步振蕩抑制方法，與阻塞濾波器等抑制方法相比，具有經(jīng)濟(jì)性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1依據(jù)本發(fā)明的方法的雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2依據(jù)本發(fā)明的方法的附加同軸雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的原
理示意圖。
具體實(shí)施例方式1雙饋電機(jī)的基本原理雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。雙饋電機(jī)的定子電樞繞組端部連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組連接換流器(交流-直流-交流)一側(cè)交流端，換流器的另一側(cè)交流端連接電網(wǎng)。 雙饋電機(jī)的定子繞組電源通常為固定頻率的工頻電源(50Hz或60Hz)，轉(zhuǎn)子繞組接電壓源換流器，換流器控制器可以控制調(diào)節(jié)輸出至轉(zhuǎn)子繞組電流的頻率、幅值和相位。圖中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為ω〃電網(wǎng)的同步速為ω”換流器控制器控制輸出至轉(zhuǎn)子繞組電流的頻率為G^ = ω「ω 2，若轉(zhuǎn)子繞組的合成磁場(chǎng)相量超前電樞合成磁場(chǎng)相量，雙饋電機(jī)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)， 反之，雙饋電機(jī)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。1)轉(zhuǎn)差率與勵(lì)磁電流的關(guān)系由電機(jī)學(xué)基本原理可知對(duì)于任何交流電機(jī)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)由定子三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)Fl與由轉(zhuǎn)子三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)F2，兩者在空間始終保持相對(duì)靜止。這一原則可表達(dá)成如下關(guān)系式
權(quán)利要求
1. 一種附加同軸雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的方法，其特征在于在汽輪發(fā)電機(jī)組軸系端部同軸串聯(lián)雙饋電機(jī)，雙饋電機(jī)的電樞繞組與發(fā)電機(jī)機(jī)端的電樞繞組并聯(lián)，在雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組連接可控勵(lì)磁電源和旁路開關(guān)；勵(lì)磁電源和旁路開關(guān)由控制器控制運(yùn)行狀態(tài)，控制器的輸入信號(hào)為機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速，當(dāng)機(jī)組軸系扭振幅度小于設(shè)定值時(shí)，控制器控制勵(lì)磁電源不輸出、旁路開關(guān)閉合，雙饋電機(jī)為普通異步電機(jī)在同步速度下運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到機(jī)組軸系扭振，也即次同步振蕩的幅度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制器控制旁路開關(guān)打開、勵(lì)磁電源輸出次同步頻率勵(lì)磁電流，相位合適時(shí)雙饋電機(jī)在機(jī)組軸系上產(chǎn)生次同步振蕩阻尼轉(zhuǎn)矩，這種附加次同步振蕩控制直接施加于機(jī)組軸系，從而提高軸系次同步振蕩阻尼能力；附加雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)沒(méi)有直接信號(hào)連接，不影響發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制特性；雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源采用基于電壓源換流器(voltage source converter, VSC)，具有快速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流幅值、頻率和相位特性，在機(jī)組軸系上施加次同步頻率的電磁轉(zhuǎn)矩，相位合適時(shí)可以抑制機(jī)組軸系的次同步振蕩，從而有效的提高機(jī)組對(duì)次同步振蕩的阻尼水平。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種附加同軸雙饋電機(jī)抑制汽輪發(fā)電機(jī)組次同步振蕩的方法。采用附加同軸雙饋電機(jī)的控制器與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)隔離，直接在發(fā)電機(jī)組大軸上施加次同步振蕩阻尼轉(zhuǎn)矩，在不同的系統(tǒng)運(yùn)行方式下均能夠提高次同步振蕩阻尼水平，即對(duì)于不同工況具有更好的適用性。雙饋電機(jī)具有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源快速調(diào)節(jié)特性，通過(guò)設(shè)置合理的附加阻尼控制策略，可以進(jìn)一步提高次同步振蕩阻尼水平，即具有更好的可控性。
文檔編號(hào)H02P9/00GK102403943SQ201110391518
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者宋瑞華, 張媛媛, 徐金鳳, 杜寧, 班連庚, 韓亞楠, 項(xiàng)祖濤 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院