基于PSCAD/EMTDC的扭振保护封装及工程应用

电厂送出输电线路的串联电容补偿、直流输电和电力系统稳定器的不当加装,发电机励磁系统、晶闸管控制系统和电液调节系统的反馈作用等,均有可能诱发、导致次同步振荡/次同步谐振,严重情况可引起发电机汽轮机扭振保护动作.在PSCAD/EMTDC上利用仿真平台自带的自定义建模功能,使用Fortran语言建立了汽轮机扭振保护模型,并对其仿真结果与北京四方继保自动化股份有限公司实际装置测试结果进行了比较,仿真表明数字扭振保护的仿真结果是可信的.将某多机带串补远距离输电电厂送出仿真得到的次同步谐振时机组转速的模态衰减曲线作为数字扭振保护装置的输入,仿真得到扭振保护切机结果,形成了一、二次的闭环仿真分析.仿真得到了电厂多机在不同运行方式扰动下的扭振保护动作情况,同时针对SN曲线两组不同整定值进行了计算,为电厂送出实际运行方式选择以及扭振保护的整定提供了参考.     

基于电力电子变流器的机端次同步阻尼控制器研究与测试EI北大核心CSCD

针对大型汽轮发电机接入串补输电系统面临的次同步谐振问题,研制出一种基于电力电子变流器的机端次同步阻尼控制器(generator terminal subsynchronous dampingcontroller,GTSDC)。它由多模态次同步阻尼控制器和基于链式结构的高压大容量电流跟踪变流器构成,通过向机组定子侧注入幅值和相位可控的扭振模态互补频率的电流,实现抑制轴系扭振的目标。阐述GTSDC的工作原理和设计方法,研发一套等效容量为10 MVA、输出电压为22 kV的装置,并在上都电厂660 MW机组上进行现场参数整定和效果试验,结果表明:所研发的GTSDC能大幅提高扭振模态阻尼并有效抑制持续激励引发的强迫性轴系扭振,为解决次同步谐振和振荡问题提供了一种新颖而有效的技术手段。     

基于电力电子变流器的机端次同步阻尼控制器研究与测试

针对大型汽轮发电机接入串补输电系统面临的次同步谐振问题,研制出一种基于电力电子变流器的机端次同步阻尼控制器(generator terminal subsynchronous dampingcontroller,GTSDC)。它由多模态次同步阻尼控制器和基于链式结构的高压大容量电流跟踪变流器构成,通过向机组定子侧注入幅值和相位可控的扭振模态互补频率的电流,实现抑制轴系扭振的目标。阐述GTSDC的工作原理和设计方法,研发一套等效容量为10 MVA、输出电压为22 kV的装置,并在上都电厂660 MW机组上进行现场参数整定和效果试验,结果表明:所研发的GTSDC能大幅提高扭振模态阻尼并有效抑制持续激励引发的强迫性轴系扭振,为解决次同步谐振和振荡问题提供了一种新颖而有效的技术手段。     

静止同步串联补偿器次同步谐振多模式阻尼控制器设计

在远距离内输电线路中串入固定电容器,可能会引起次同步谐振（SSR）,为此,在串补系统中使用了基于电压源换流器（VSC）的新一代串联补偿装置静止同步串联补偿器（SSSC）来替代部分固定电容器。首先分析了SSSC基本运行原理,通过对VSC输出电压幅值和相位的控制,使SSSC能够向线路中注入串联的容性电压,相当于提供了串联补偿电容。分析了不同容量SSSC的电气阻尼特性,针对SSSC原有控制抑制次同步谐振效果不佳的缺点,设计了SSSC次同步谐振多模式阻尼控制器。通过通带内低相移的扭振模式带通滤波器滤出系统每个扭振模式信号后再进行相位补偿,使SSSC能够在所有扭振频率附近提供正的电气阻尼。基于测试系统的频域和时域仿真结果表明,简单地增加SSSC的容量并不能有效地化解系统发生次同步谐振的风险,所设计的多模式阻尼控制器不仅能够阻止发电机和串补线路之间次同步谐振的产生,并且能有效地减小所需SSSC装置的容量。     

大型汽轮发电机组的扭振快速保护

串补电容可能引发次同步暂态扭矩放大,极端情况下在0.5 s内导致汽轮发电机组大轴损伤,常规扭应力保护来不及保护。提出一种快速保护方法,该方法将电流或有功功率的工频变化量越限作为启动判据,波动转速幅值越限作为动作判据。针对XM地区M电厂的机组,选取12个算例进行时域仿真分析,结果表明,波动转速幅值与扭振幅值有较好的一致性,近似成正比;在仿真的转速中叠加现场实测的转速噪声信号,对保护算法及保护逻辑进行验证,结果表明扭振较轻时保护不动作,扭振较重时保护快速动作,最恶劣工况下暂态扭矩放大导致的疲劳值可降低至15 %以下。需注意机组脱网之后仍存在扭振的影响,保护定值应有足够裕度。     

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.     

基于EMD和Prony算法的次同步扭振模态参数辨识

从瞬时转速测量数据中有效提取次同步扭振信号,并准确地辨识模态参数,仍有一定的技术难度。提出了通过EMD预处理提取次同步扭振信号,并进行重采样处理,再通过Prony算法辨识次同步扭振模态参数的方法。采用该方法对某电厂扭振实测数据进行了应用分析,并与基于传统滤波器以及小波滤波器的Prony分析结果进行比较。研究表明所提方法能够有效提高次同步扭振模态参数辨识的精度。     

基于EMD的次同步扭振模态参数的普罗尼分析

次同步扭振是发电机主轴因为受到电网小干扰的影响而产生的扭转振动,是影响电网稳定性的主要问题之一.基于EMD优化小扰动模态参数的普罗尼辨识法,把EMD的时空滤波特征与小扰动测试信号的频率特征相结合提取小干扰分量,通过普罗尼算法辨识其模态参数,利用重采样处理提高参数辨识精度,并做仿真试验进行验证.由EMD的时空滤波特征和扭振信号的频谱特征,合成一个次同步扭振分量可对噪声及其他频率的干扰信号有所抑制.对次同步扭振而言,重采样的采样频率在150～500 Hz、数据窗在8s左右时辨识精度最高.经重采样处理和EMD提取次同步扭振分量,再进行次同步扭振模态参数辨识的方法精准度较高.     

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.     

六相永磁同步发电机的整流稳压电路仿真

针对六相永磁同步发电机励磁不可调,转速的变化和负载电流的变化都将造成输出电压不稳定的缺点,对六相永磁同步发电机发出的六相交流电采用带平衡电抗器的双三相全控桥并联的开关式稳压整流电路进行整流,控制方式采用闭环控制,使得整流输出直流电压恒定,不随着发电机转速和负载电流的变化而变化.利用Matlab的Simulink和PSB两个工具箱建立了六相永磁同步发电机的整流稳压电路仿真模型对该整流电路进行了仿真.仿真结果表明该稳压整流电路输出直流电压值不随发电机输出电压变化而变化,负载电压稳定时间快、无尖峰、脉动小.     

汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响

汽轮发电机是联系轴系机械系统与电力网络的中间环节,其数学模型的表现形式及参数精度对次同步扭振研究的可行性及结论有着直接的影响。通过对机电系统闭环特征值的计算分析,研究了汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响,指出应注意发电机次暂态电抗参数精度对次同步扭振阻尼有较大影响。     

直流附加阻尼控制抑制电力系统次同步振荡

建立交直流电力系统从发电机转速到电气转矩的传递函数结构框图,分离出HVDC与发电机组产生扭振相互作用的负阻尼通道,解析地求解了SSDC需要补偿的由HVDC换流器组及其电流闭环控制共同引起的滞后相位,并给出了SSDC输入信号的次同步频率量的转换方法。针对国内某实际工程设计了宽通道的SSDC,并以时域仿真验证了所设计的SSDC控制策略的正确性和有效性。     

机端次同步阻尼控制系统

正机端次同步阻尼控制系统(generator terminal sub-synchronous damping controller,GTSDC)将基于链式电力电子变换器的装置加装在汽轮发电机组的定子侧,通过发电机组的转速偏差控制电力电子变换器向机组注入与轴系扭振各个模态频率互补的次/超同步电流,以产生阻尼轴系扭振的电磁转矩增量,从而抑制汽轮发电机组的次同步振荡。     

专用于抑制次同步振荡的STATCOM控制策略研究

针对汽轮发电机组接入串补输电系统的次同步振荡(SSO)和轴系扭振问题,提出在机组电网侧安装角型链式静止无功补偿器(STATCOM),并采用专用于抑制SSO的控制策略。在上层控制策略中,设计一种窄带次同步阻尼控制器,以转速偏差信号为输入,经过多组带通滤波器,实现了扭振偏差信号中不同扭振模态的分离,通过相位补偿和比例放大,生成STATCOM的电流指令。在底层STATCOM控制策略中,考虑电网故障扰动引起的SSO问题,提出了基于分相控制的角型STATCOM控制策略。由于机组SSO发生概率较小,该类STATCOM大多数时间内均处于低载工况,为降低设备长期运行损耗,引入最近电平逼近调制策略,以实现无死区零无功运行,同时该调制策略也利于各链节电容电压平衡。通过RTDS仿真试验证实所提控制策略可有效解决信号激励或故障激励引发的SSO和轴系扭振问题,可推广至工程应用。     

两起发电厂电气干扰问题的分析

论述了注入式定子接地保护的20Hz电压信号导致发电机残压测试异常,电流变送器未接地导致输出信号中含有的50Hz电压干扰了DCS正常运行的两起发电厂电气干扰问题的分析处理过程,并提出解决措施。     

应用静止同步补偿器抑制次同步谐振的模态互补电流控制方法

提出一种应用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)抑制次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)的模态互补电流控制方法。该方法采用发电机转速偏差信号作为反馈,动态生成与各模态频率互补的补偿电流信号。STATCOM实时跟踪该电流信号,向机组定子注入幅值和相位均可控的次同步和超同步补偿电流,进而在机组内部激发出与扭振模态频率一致的电磁转矩,从而对SSR起到抑制作用。从理论上推导出补偿电流与电气阻尼系数之间的定量关系,并设计控制器参数的优化方法。以某典型厂对网串联补偿输电系统为实例,通过电磁仿真验证上述机制及控制策略的有效性。通过与同背景下采用静止无功补偿器(static var compensator,SVC)抑制SSR方案的比较分析,表明基于上述方法的STATCOM抑制SSR的方案具有一定的技术/经济优越性。     

检测系统的测试误差及对仪器设备的要求（续2）

2测速发电机测试及其误差分析无论是交流测速机还是直流测速机,在控制系统中应用十分广泛,其功能都是作为转速传感器,即将机械转速变换为电气信号输出,其输出信号与转速成严格的线性关系,虽然测速机品种繁多,但其质量指标主要是线性误差和温度变化时的输出电压稳定度。交流测速机分为同步型和异步型两种。同步测速机有感应子式(例GGT-250)和数字脉冲式(例CYM系列以及相移π/2的双脉冲式CYM-02系列)。感应子式测     

一种新型的次同步扭振测量方法

提出一种基于交流励磁机三相电压信号测量扭振瞬时转速的方法,讨论了扭振测量方法的动态特性,利用三相电压的对称关系将电压取样信号3倍频,使测量方法具有较好的动态性能。对因三相电枢绕组位置不对称引起的误差进行了讨论,并给出了校正方法。所提出的扭振测量方法无需加装转速敏感元件,便于实现,且对转子胀差和横向振动的影响不敏感。     

宽电压范围高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略

基于双管Buck-Boost变换器,提出一种高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略。高速低压发电机的输出电压宽,低频电压纹波大,难以直接应用于低压直流供电系统,需要对发电机的输出电压进行稳压变换。同极性的双管Buck-Boost变换器适用于宽电压范围输入场合。基于平均开关模型,建立双管Buck-Boost变换器同步工作模式的非理想低频小信号模型,推导关键的传递函数,分析输入参数变化、负载变化以及右半平面零点对控制环路稳定性的影响,提出高稳定性和低输出纹波的宽输入电压平均电流控制策略。通过SABER仿真软件,验证宽电压输入双管Buck-Boost变换器平均电流控制的可行性,设计一台10倍输入电压变化范围的原理样机并进行实验测试,验证了所提出控制策略的可靠性和有效性。