大型发电机组转子轴系扭振抑制策略研究

汽轮发电机组由于交流送出线路中固定串补等设备的接入,在交流系统发生故障时存在的次同步频率的电气功率会给机组带来转子轴系疲劳扭振的风险。而链式静止同步补偿器(STATCOM)的接入和调制控制可以为机组提供一个有效的阻尼机组轴系扭振方法。这里论述了汽轮发电机组轴系扭振的原因及STATCOM抑制轴系扭振的控制策略,并提出在STATCOM中引入比例积分谐振(PIR)控制策略和电流内环附加微分控制策略,使得STATCOM对基波及不同模态超、次同步频率电流均实现有效控制。动模系统测试结果表明,STATCOM可以极大地提升对机组轴系扭振的抑制能力,确保机组在交流系统故障等情况下的安全稳定运行。     

600MW机组次同步振荡下轴系扭振校核及疲劳寿命损耗计算

针对某超临界600 MW机组在运行过程中经常出现的低振幅次同步振荡(SSO)问题,本文采用Riccati传递矩阵法建立了该机组的集中质量模型,求解了轴系的扭振固有频率,并与轴系的实测扭振固有频率进行了对比,证明了该模型计算结果与实测结果相符,可用于机组扭振分析。同时,应用本文模型,根据该机组轴系的扭振振型求解了轴系的扭振应力相对值,确定了SSO下轴系的危险截面;建立了次同步振荡下机头转速差与最危险截面疲劳寿命之间的关系,可对该机组发生低振幅SSO时的扭振安全性和疲劳寿命损耗进行评估。     

发电厂次同步振荡(SSO)问题的解决方法

当直流换流站发生单极或双极闭锁时,靠近直流换流站的发电机组就极有可能产生次同步振荡(SSO),这就迫切需要引入发电机轴系扭振保护(TSR)装置和SEDC装置来用于解决次同步振荡(SSO)引发的轴系扭振,避免造成轴系某些部件如联轴器断裂或疲劳损坏,保证机组和电网的安全运行。     

发电机轴系扭振保护的应用

当直流换流站发生单极或双极闭锁时,靠近直流换流站的盘南电厂就极有可能产生次同步振荡（SSO）,这就迫切需要引入发电机轴系扭振保护（TSR）装置来用于解决次同步振荡（SSO）引发的轴系扭振,避免造成轴系某些部件如汽轮机大轴、联轴器等部件的断裂或疲劳损伤,保证机组和电网的安全运行。．     

600MW汽轮发电机组扭振损坏原因浅析

大型汽轮发电机组运行中,因次同步谐振(SSR)或次同步振荡(SSO)发生的扭振损坏是电力工业大机组与大电网发展时期的常见问题。多年来,扭振事故导致汽轮发电机组及电力设备多次严重损毁,一直被世界各国关注。经过多年对发电机组轴系结构特点和网机关系的分析研究,目前抑制或消除扭振故障的措施已取得重要进展和实效。分析了伊敏电厂600 MW发电机组扭振损坏问题,为出现类似问题的机组提供参考。     

基于储能系统的双馈风电机组机网扭振抑制策略

针对由电网侧电气小扰动引起的机网扭振现象,提出了一种储能系统(ESS)的双馈风电机组(DFIG)机网扭振抑制策略。通过建立储能系统的数学模型,提出了储能系统的附加阻尼控制策略,利用储能系统既能输出无功也能输出有功的特点,根据风电机组母线电压偏差信号及电网电压频率偏差信号,控制储能系统的无功及有功功率的输出,在电网发生故障或者干扰时,稳定母线电压,抑制频率波动,从而及时有效地抑制机网扭振。仿真结果表明,对于传输线路末端无限大电网的电压暂降和频率波动的干扰引起的风电机组轴系扭振,储能系统能够有效地进行抑制。     

四川电网由高压直流输电引起的次同步振荡特性研究

四川电网正在兴建多条高压直流（HVDC）输电工程,而HVDC可能引发送端交流系统次同步振荡（SSO）,造成相关汽轮机组的轴系扭振,缩短大轴寿命。因而评估电网发生SSO的风险迫在眉睫,这对保障电网安全稳定运行意义重大。提出将机组作用系数法（UIF）、Prony辨识算法提取振荡特征和电磁暂态时域仿真相结合,对四川电网由HVDC引起的SSO进行了研究,并在时域和频域两方面互为验证。分析结果表明,个别运行方式下,向家坝——上海±800 kV特高压直流输电系统可能引发泸州火电机组比较严重的轴系扭振情况,应予重视。这一整套分析方法能够很好地评估系统发生SSO的风险,有很高的工程应用价值,值得推广。     

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     

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。     

上都电厂轴系次同步扭振保护系统

针对次同步谐振（SSR）危及机组轴系安全问题,研发了轴系次同步扭振保护系统。该保护系统包括底层的扭应力继电器（TSR）和上层的保护协调机（Tmaster）。TSR实时采集轴系模态转速信号,进而判别扭振模态稳定性和疲劳寿命是否越限,并将判断结果传递给Tmaster,由后者执行选择性跳机逻辑,从而起到保护机组轴系的作用。将所述次同步扭振保护系统应用于上都电厂串补输电系统,分析了其运行机制和定值设置。保护系统自2008年9月投运以来,经历了现场试验和实际故障的考验,起到了正确检测次同步扭振和保护机组轴系安全的作用。     

上都电厂轴系次同步扭振保护系统

针对次同步谐振(SSR)危及机组轴系安全问题,研发了轴系次同步扭振保护系统.该保护系统包括底层的扭应力继电器(TSR)和上层的保护协调机(Tmaster).TSR实时采集轴系模态转速信号,进而判别扭振模态稳定性和疲劳寿命是否越限,并将判断结果传递给Tmaster,由后者执行选择性跳机逻辑,从而起到保护机组轴系的作用.将所述次同步扭振保护系统应用于上都电厂串补输电系统,分析了其运行机制和定值设置.保护系统自2008年9月投运以来,经历了现场试验和实际故障的考验,起到了正确检测次同步扭振和保护机组轴系安全的作用.     

采用STATCOM与SEDC的多机系统次同步谐振抑制措施

并列同型的多台汽轮机组通过带串补线路送出时可能发生次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)。出力不均衡时,各机组轴系扭振行为不一致,在幅值和相位上均有差别。以双机系统为例,对并列多机系统发生SSR时各机组轴系扭振行为的差异进行了研究。时域仿真结果表明,将各机组发电机转速均取作输入信号时,仅采用静止同步补偿器(static var compensator,STATCOM)便可抑制所有机组的轴系扭振,但是抑制速度缓慢;以网侧STATCOM为主、机侧附加励磁阻尼控制(supplementary excitation damping,SEDC)为辅的联合SSR抑制措施可以结合SEDC和STATCOM各自作为SSR抑制措施的优点,快速有效地抑制多机系统SSR。     

元宝山电厂300MW机组扭振试验及在线监测

根据元宝山电厂地处辽西电网末端、长距离输电及电网稳定性差的现实条件，结合快关汽门的实施，对其３００ＭＷ机组轴系扭振可靠性进行了理论分析和现场实测。在此基础上，加装了轴系扭振应力在线监测装置，并多次成功地监测到各种原因导致的轴系扭振故障，成为机组轴系运行的可靠保障，同时作为机组／电网接口监视手段，对机组／电网协调运行发挥了重要作用。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

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。     

SVC抑制次同步振荡控制策略研究

次同步振荡(SSO)问题有可能造成发电机组轴系不稳定扭振甚至损坏发电机转轴,从而危及电力系统安全运行.基于EMTDC/PSCAD仿真平台,运用静止无功补偿器(SVC)来抑制次同步振荡,采用附加电压控制以及模态分离控制这2种控制策略,对这两种控制策略下的SVC抑制IEEE第一标准模型的次同步振荡效果进行了分析和比较.仿真表明2种控制策略均能抑制次同步振荡,总体而言,模态分离法较好.     

风电次/超同步振荡激发汽轮机组轴系扭振风险的在线评估与预警技术

风火打捆系统中,风电机组与电网相互作用会引发次/超同步振荡,进而激发汽轮机组轴系扭振。为保障机组轴系安全,该文提出汽轮机组轴系扭振风险在线评估与预警技术。针对轴系参数已知和全部/部分参数未知的汽轮机组,分别提出基于理论分析和扰动激励辨识的扭矩在线估计方法。另外,所提预警技术利用扭矩估计值评估轴系扭振风险,基于轴系疲劳特性的预警定值确保系统能够在风电振荡造成轴系疲劳损耗前发出预警指令。最后,通过我国某实际电网的电磁暂态仿真验证所提扭振风险在线评估与预警技术的有效性。     

风火捆绑经HVDC送电引起轴系扭振研究

风机轴系考虑为多质块模型时,风电场经高压直流输送电力有可能引起次同步轴系扭振。当风电与附近火电机组捆绑送电时,有助于提高风电系统稳定性。但当系统发生扰动时,风电机组和火电机组均将产生严重的轴系扭振现象。本文首先分析风机轴系扭振产生机理,然后基于整体最小二乘-旋转不变技术估计信号参数(TLS-ESPRIT)辨识出在风机轴系和汽轮机轴系固有扭振模态下的系统传递函数,进而基于射影定理针对每个扭振模态设计阻尼控制器以实现分层控制,最后将阻尼控制器输出信号叠加到直流输电整流侧定电流主控制器上,实现轴系扭振的抑制。建立风电场与火电机组捆绑送电模型并进行仿真,仿真结果表明,设计的分层控制器可有效提高轴系固有扭振模态的阻尼比,可使轴系模块间的扭振迅速衰减,有效提高了电力系统稳定性,控制器阶数较低,便于实际工程实现,且具有较高的鲁棒性。     

百兆乏角型STATCOM的分相控制策略

南网永富直流输电工程富宁换流站静止同步补偿器(STATCOM)工程采用3套角型35 kV/100 Mvar等级换流器,以提高弱交流电网下的电压稳定性,加快N-1故障后的直流恢复速度。为提高不对称故障下的电压支撑能力,STATCOM需具备分相控制功能。提出一种基于同步旋转d,q坐标系的电流分相控制策略,可有效实现对STATCOM输出电流的分相精确控制。结合工程应用,采用了电压外环的分相控制策略,可有效实现对500kV各相电压的分相调节。同时针对角型STATCOM的角内3次谐波环流问题,提出了相应的抑制策略。     

基于三质量块模型的失速型风机小信号建模和模态分析

风电场大规模接入电网可能增加区域电网低频振荡和风电机组轴系扭振的风险,研究风机建模及扭振特性是保证电力系统安全稳定的重要课题。以失速型风电机组为例,建立基于三质量块轴系模型的单机对无穷大母线系统小信号模型,并采用模态分析法探讨系统电气参数对失速型风电机组轴系扭振特性的影响。为方便不同机型及多机风电机组的扭振特性的拓展研究,系统各部分模型相对独立。在单机对无穷大母线系统模型的基础上建立简化失速型风电场多机小扰动仿真模型,研究风电场扭振模态的变化,MATLAB仿真验证了该模型用于风电机组轴系扭振问题研究的有效性和准确性。