TLS-ESPRIT算法在次同步谐振在线监测中的应用

针对传统的监测次同步谐振(SSR)的方法很难做到一次性得到振荡的有用信息并判断振荡的发展趋势的不足,提出了一种电力系统次同步谐振在线监测新方法--基于TLS-ESPRIT算法的频率-幅值-衰减系数法.该方法直接分析发电机轴系的瞬时转速,可以快速、精确地得到轴系振荡中存在的频率、幅值及其衰减系数,进而判断SSR是否发生及其发展趋势.并且由于子空间技术的存在,使其具有极好的抗噪能力.得到的结果经过理论分析可以达到监测次同步谐振的目的,实验算例结果表明该方法是切实可行的.     

双馈风电场次同步谐振特性及对电力系统的影响分析

针对双馈风电场次同步谐振问题,通过理论计算与现场实测,分析了等效电路模型在计算谐振频率时存在的问题,并且提出了准确计算谐振频率的方法。通过分析不同风电并网规模时振荡电压、电流波形的特点,讨论了系统阻尼与振荡特性之间的关系,提出弱阻尼系统在风机满发下仍会出现振荡幅值较大的现象。结合次同步振荡频率范围以及电压、电流的振荡幅值,讨论了次同步谐振可能造成系统保护误动、风机脱网、发电机轴系损伤和变压器偏磁等问题,为准确分析风电场次同步谐振对系统的影响提供依据。     

次同步振荡引起的发电机组轴系疲劳损伤

为提高电网输送能力而被广泛采用的各种电力电子装置可能会带来电网次同步振荡风险。文中针对电网可能发生的次同步振荡现象,分析600MW汽轮发电机组轴系结构,通过机网耦合计算分析次同步振荡引起的机组轴系扭振,采用应力分析和疲劳寿命计算分析次同步振荡对机组轴系的疲劳损伤。研究了不同参数所引起的轴系扭振特点,重点比较次同步振荡幅值和频率对轴系疲劳损伤的影响。分析和研究结果将有助于提高机组寿命管理水平,有效评估电网波动容许值。     

附加励磁阻尼控制器在某大型火电机组的可行性应用研究

特高压直流输电和交流串补输电可能给临近电厂发电机组带来次同步谐振风险,严重的次同步谐振问题会导致发电机组轴系损坏,影响到机组和电网的安全稳定运行。本文以西北某600MW火电机组为研究对象,通过对该电厂次同步谐振风险分析研究,采用频率扫描法和时域仿真法仿真分析后得出该火电机组存在次同步谐振风险的结论。对比现有常用的次同步谐振抑制措施,分析附加励磁阻尼控制装置(SEDC)的特点,将加装SEDC装置作为该电厂机组抑制措施之一。对比分析电厂一期机组在SEDC装置投入和退出时模态阻尼系数的衰减情况、串补投入时SEDC装置投入和退出时机组的模态响应情况,结果表明,配置参数适当时,SEDC装置可以提高机组模态阻尼,能有效抑制小扰动引发的机组SSR振荡扰动。     

基于滑窗FFT的次同步振荡时变幅频在线监测方法

提出基于滑窗FFT（快速傅立叶变换）的次同步振荡时变幅频监测方法,对振荡信号的时变模态参数进行在线辨识。首先采用加窗插值方法减少频谱泄露和栅栏效应,降低FFT辨识误差。然后,通过时间窗的滑动对每个时间窗截取的信号进行FFT,得到振荡频率和振荡幅值的动态序列,即频率和幅值随时间变化关系,通过对时变振荡幅值的分析计算得到衰减因子的动态序列。最后,以理想非平稳信号、仿真信号及电网实测信号作为测试算例,通过与Prony和HHT算法的对比分析,表明该方法不仅不受模态混叠现象影响,而且具有一定抗噪能力,能够有效辨识随机时变振荡模态,实现次同步振荡在线监测分析。     

基于滑窗FFT的次同步振荡时变幅频在线监测方法

提出基于滑窗FFT（快速傅立叶变换）的次同步振荡时变幅频监测方法,对振荡信号的时变模态参数进行在线辨识。首先采用加窗插值方法减少频谱泄露和栅栏效应,降低FFT辨识误差。然后,通过时间窗的滑动对每个时间窗截取的信号进行FFT,得到振荡频率和振荡幅值的动态序列,即频率和幅值随时间变化关系,通过对时变振荡幅值的分析计算得到衰减因子的动态序列。最后,以理想非平稳信号、仿真信号及电网实测信号作为测试算例,通过与Prony和HHT算法的对比分析,表明该方法不仅不受模态混叠现象影响,而且具有一定抗噪能力,能够有效辨识随机时变振荡模态,实现次同步振荡在线监测分析。     

间谐波引起电力系统次同步振荡——工程实例、机理、作用形式及应对措施

例举分析了两个由间谐波引起电力系统次同步振荡的工程实例。应用调制理论分析了两交流侧额定频率相同的异步HVDC系统产生间谐波的机理;指出间谐波的频率如果与汽轮机转子轴系自然频率相匹配,并且具有一定的幅值,就可能激发次同步振荡,这就是间谐波引起电力系统次同步振荡的机理。归纳了间谐波引起电力系统次同步振荡的两种作用形式,第一种作用形式表现为剧烈的轴系扭振,第二种则可以称为轴系的长期累积疲劳寿命损耗;对两种作用形式的激发条件和特点进行了分析;同时指出,第二种作用形式普遍存在并且对汽轮机轴系的危害甚至比三相对地故障更严重。探讨了间谐波引起次同步振荡的应对措施。     

次同步振荡在线监测的同步提取变换和朴素贝叶斯方法

目前基于相量测量单元(PMU)实现次同步振荡在线辨识和告警存在的问题有:参数辨识一般只辨识频率、幅值,不辨识衰减因子;告警阈值的确定需要人为经验,导致告警判据的快速性和可靠性难以保证。针对上述问题,提出将同步提取变换(SET)和机器学习方法——朴素贝叶斯(NB)方法相结合的次同步振荡在线监测方法。SET可以快速、准确地辨识出次同步振荡的模态参数,而NB方法可以自动实现次同步振荡在线预警。首先,通过SET对已有的历史次同步振荡数据进行辨识,将辨识得到的频率和衰减因子交由NB方法学习,并生成NB分类器。然后,当有新的PMU上传的振荡信号数据时,先采用SET辨识出振荡的频率和衰减因子,再将这些参数交由NB分类器来判断是否发生次同步振荡,并准确预警,从而实现对次同步振荡的在线监测。通过IEEE第二标准模型验证了所提方法的有效性。     

间谐波引起电力系统次同步振荡——工程实例、机理、作用形式及应对措施

例举分析了两个由间谐波引起电力系统次同步振荡的工程实例.应用调制理论分析了两交流侧额定频率相同的异步HVDC系统产生间谐波的机理;指出间谐波的频率如果与汽轮机转子轴系自然频率相匹配,并且具有一定的幅值,就可能激发次同步振荡,这就是间谐波引起电力系统次同步振荡的机理.归纳了间谐波引起电力系统次同步振荡的两种作用形式,第一种作用形式表现为剧烈的轴系扭振,第二种则可以称为轴系的长期累积疲劳寿命损耗;对两种作用形式的激发条件和特点进行了分析;同时指出,第二种作用形式普遍存在并且对汽轮机轴系的危害甚至比三相对地故障更严重.探讨了间谐波引起次同步振荡的应对措施.     

汽轮发电机轴系扭振模态分析

以IEEE次同步谐振(Subsynchronous Resonance,SSR)第一标准测试模型为例,详细介绍了如何预测汽轮发电机轴系扭振模态.利用测试信号法计算系统的电气阻尼,通过模态调整法得到模态机械阻尼,利用复转矩系数法判定轴系扭振模态.最后在加入机械阻尼的测试模型中施加三相短路扰动,对轴系各个质量块扭振转矩的幅频分析验证扭振模态预测的正确性,分析结果显示在计及机械阻尼的情况下,只有与电气谐振频率互补的扭振模态发生SSR.     

基于HHT的次同步谐振参数检测方法

基于能够精确提取频率分量的希尔伯特-黄变换HHT,对电力系统中的次同步谐振SSR进行了检测分析.首先采用小波滤除基频以上的高次谐波,然后通过HHT中的经验模态分解EMD实现SSR模态分量的有效分离,最后对各分量进行希尔伯特(Hilbert)变换,计算其相应瞬时幅值和瞬时频率.结果表明,与以往文献所用方法相比,该方法可以更加精确地提取SSR的模态参数.有助于分析电力系统的SSR模态及阻尼控制器的设计研究.     

一种典型交直流电力系统中的次同步谐振/振荡问题分析及抑制

为减少丰水期云南电网弃水电量,南方电网开展了云贵互联的可行性研究。本文结合上述研究需求,针对近区同时包含火电机组、固定串补、高压直流输电系统的交直流电网,开展了三者之间的次同步谐振/振荡(sub-synchronous resonance/oscillation,SSR/SSO)相互作用分析及抑制技术研究。首先,从理论上计算分析了火电机组轴系、固定串补、高压直流输电系统各自可能引发交流系统SSR/SSO的频率,综合得出了系统中可能存在的三类振荡模态及其主导来源,并通过EMTDC故障时域仿真,对比分析验证了上述结论的正确性;进一步,根据SSR/SSO振荡模态的特点及其分布,从直流附加控制的角度提出了直流次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)的改进设计方法,并据此设计了新的直流SSDC,在EMTDC中的故障时域仿真证明了该方法是正确有效的。     

葛上±500kV直流工程端对端调试中荆门电厂200MW汽轮发电机轴系扭振监测

一、概 述 交直流混合运行的超高压、远距离输电系统,潜在着次同步振荡的危险,因汽轮发电机组轴系存在着一组固有机械扭转振动频率。在电网的某些扰动或各种短路故障的激励下,电网瞬时高幅值振荡及其急剧变化会使轴系产生扭振荡或瞬态冲击响应,导致轴系的某些扭振模态失去稳定,对机组的疲劳     

多模式次同步谐振扰动清除时序对轴系扭矩放大的影响

针对多模式次同步谐振中暂态扭矩放大现象,将轴系扭矩视为轴系对冲击力的响应,建立了一个轴系扭矩与扰动清除时间关系的简化四自由度模型。对该模型运用模态分析法,推导得到了轴系扭矩与扰动清除时间关系的显式表达式。研究结果表明：扰动所激发的发电机轴系各自然振荡频率均以余弦形式参与轴系扭振,并且在其自振荡频率半周期的偶数倍时切除扰动,则可使轴系扭矩峰值取得较小值。运用PSCAD/EMTDC对上都串补系统进行仿真,验证了该结论的正确性。     

某1000MW机组轴系次同步振荡仿真研究

因换流站的直流单元发生故障,导致某型超超临界1 000 MW机组发生持续性次同步振荡。为评估该次同步振荡事件对机组轴系安全性的影响,考虑电气和机组轴系的耦合影响,建立了超超临界1 000 MW机组发生次同步振荡的数学模型,并采用数值仿真法,通过在系统电网侧串接1个小幅值的次同步频率电压,激发轴系的次同步振荡,模拟实际次同步振荡在该机组轴系上产生的扭矩。结果表明:该超超临界1 000 MW机组机头转速偏差稳定在0.002 86p.u.(标幺值,下同),机尾转速偏差稳定在0.001 20p.u.,与振型曲线基本吻合(机尾、机头振型比约0.4);主要振荡频率23.8Hz,为轴系的第2阶扭振固有频率;低发对轮间扭矩最大,在机组实际运行中,应密切监测低发对轮的状态和扭转振动。     

基于SSI-LS的次同步谐振参数检测新方法

为精确检测出次同步谐振(SSR)参数,提出了基于随机子空间辨识(SSI)与最小二乘(Least Square)法的次同步谐振参数检测新方法。首先运用奇异值差值法确定次同步谐振模型信号的阶数;再利用SSI算法直接对量测信号精确检测出次同步谐振的频率;最后应用最小二乘法对各次同步频率分量进行幅值和相位的估计,从而实现了次同步谐振参数的检测。分别针对含有基波、高次谐波和次同步频率分量的信号以及含有噪声的上述信号进行参数检测,仿真分析表明该方法抗噪能力强、检测精度高、计算速度快,尤其是对频率相近的次同步频率信号具有较高的分辨率。     

次同步谐振中的非线性振荡分析

为了缓解次同步谐振对发电机轴系造成的损坏,利用中心流形理论和分岐理论研究了出现在次同步谐振中的非线性振荡。研究表明,这种振荡是发生在非双曲平衡点邻域内的一种非线性奇异现象。在虚轴左侧附近,轨道不稳的非线性振荡使原来渐近稳定的系统跃变为增幅振荡,导致次同步谐振;在虚轴右侧附近,轨道稳定的非线性振荡使原来增幅振荡的系统跃变为小模等幅振荡,大大缓解次同步谐振。数值仿真结果验证了此观点的正确性。     

数模混合式实时仿真装置中含多质量块轴系的发电机模型及其在工程研究中的应用

介绍了数模混合式实时仿真装置中多质量块轴系发电机模型的构成及其在伊冯可控串补工程中的应用。为了抑制或消除次同步谐振 (SSR) ,中国电科院 TCSC课题组提出了一种新的微调控制方法——电压增量控制 ,其基本原理是在SSR条件下保持电容电压增量水平接近稳态波形 ,使大部分SSR电流仅能通过晶闸管控制的电感支路。此时 ,串联电容补偿装置 (TCSC)呈电感特性 ,因此抑制次同步谐振是该方法的固有特性。通过接入 TCSC物理模拟控制器所进行的试验研究 ,验证了该方法在理论上是正确的 ,应用此策略的TCSC控制器可以有效地抑制或消除次同步谐振。     

基于GCSC抑制串补输电线路中次同步振荡的研究

含有串联补偿的电力系统中,在某些情况下有可能发生次同步谐振(SSR),损坏发电机轴系。运用Gate-Controlled Series Capacitors(GCSC)可以有效的抑制或消除次同步谐振。本文将基于IEEE Frist BenchmarkModel和轴系扭曲模型,运用过零检测装置控制GCSC的关断脉冲,从而改变串联补偿线路的等值电抗,破坏次同步谐振的发生条件,达到抑制次同步谐振的目的。并且运用Matlab Simulink仿真系统对轴系参数进行仿真对比,仿真结果表明在串补线路中运用GCSC可以有效地抑制次同步谐振。     

基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识EI北大核心CSCD

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识可有效监测次同步振荡的动态过程。该文提出一种基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识方法。通过求解超定非线性的同步相量轨迹拟合方程组,能准确得到频移基波、次同步和超同步分量的频率、幅值和相位。该方法利用各分量对应的同步相量正负频率部分耦合而成的椭圆轨迹特性,仅依据100ms的同步相量数据序列即可进行高实时性的参数辨识。所提算法相比现有算法的优势在于,一方面可辨识与次同步分量耦合的超同步分量参数;另一方面超短数据窗大幅提升了算法实时性,并克服了频谱分析法的频率分辨率受限问题。模拟同步相量测量终端(phasor measurement unit,PMU)数据和实际仿真数据的对比分析结果表明,所提方法可准确获取基波和次同步/超同步振荡参数,并有效实现次同步振荡的动态实时监测。