[发明专利]基于HVDC整流侧变换器优化同步机次同步振荡的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于电力系统稳定控制领域，更具体地，涉及一种基于HVDC整流侧变换器优化同步机次同步振荡的方法和装置。

背景技术

同步发电机为电力系统中最为重要的电源装备之一，经济价值高，同步发电机的安全稳定运行对电力系统的安全稳定有着重要的作用。同步发电机次同步振荡属于系统振荡失稳，随着汽轮同步发电机单机容量逐渐增大，发电机的轴系变得更加细长，轴系的特性较多的体现出机械的柔性特性，更加容易引发这种种特殊的机电耦合相互作为，严重的可以造成发电设备损坏，威胁电力系统的安全稳定运行。

对同步发电机轴系进行动力学分析可以知道，当机械输入转矩和电磁阻尼转矩平衡时，同步发电机轴系处于稳定状态。当同步发电机电磁转矩出现非基频谐波含量时，会引起同步发电机轴系的不平衡，当该不平衡转矩不能够得到有效的抑制的情况下，同步发电机会引发各种类型的次同步振荡问题，当该振荡频率与同步发电机轴系的固有振荡频率相同或接近时，会激发同步发电机的轴系扭振问题，严重情况下会损毁同步发电机的轴系，威胁电力系统的安全稳定。例如上世纪70年代，位于美国的Mohave电厂连续出现由串联补偿线路造成的汽轮发电机组轴系振荡损坏事故，由于轴系扭振频率位于次同步振荡频率范围之内，从而引起了人们对于次同步振荡问题的广泛研究。

对于同步发电机的次同步振荡的抑制主要同研究同步发电机的电气阻尼特性，并通过一些手段实现地电气阻尼的优化，达到对同步发电机次同步振荡抑制的效果。而影响电气阻尼的因素较多，例如系统的潮流分布，稳态工作点，励磁控制系统，稳定器控制系统，同步发电机外部网架结构，输电线路阻抗，外部其他电力电子装备等等较多因素。对于同步发电机附近复杂的电网结构导致难以对同步发电机阻尼特性进行准确刻画，无法确定各装备对同步发电机的影响及其严重程度，因此，需要较多的次同步震荡抑制手段在多种设备上协同作用，实现对于同步发电机次同步振荡的抑制。

对于现有的次同步振荡抑制的方法，主要采用以下几种措施：第一：对于机械学科，可以通过同步发电机轴系的优化设计来实现，避开次同步频段的固有振荡频率，可以从根本上实现对同步发电机轴系扭振的有效抑制，但该方法需要多学科交叉研究，近期难以实现较大的突破，且对于现已有的同步发电机作用不大。第二：利用具有全控型开关器件的电力电子装置实现对同步发电机次同步振荡的有效抑制。第三：在同步发电机附近加装专门的次同步抑制装置，例如同步发电机转子上安装极面绕组、附加励磁阻尼控制器，同样可以取得较好的抑制效果，但这种类型的次同步抑制器功能较为单一，无法进行其他更多的功能扩展，无法适应未来更加复杂的电力系统的发展。第四：采用带通滤波器装置，将次同步频段的谐波成分通过滤波器进行滤除，对发电机的轴系的各个自然扭振频率分别设计附加控制环节(比如SSDC)，为发电机组提供正的模态阻尼从而实现对发电机次同步振荡的抑制。

由于上述第四种方案的设计方法简便、结构简单，本发明同样属于该方案范畴之内。以往利用该方案实现次同步振荡的基本原理为：利用同步发电机转速偏差信号经过一定的处理后产生电流控制回路的参考值，向机组注入次同步频段电流，在同步发电机转子上产生一定的电气阻尼达到抑制次同步振荡的目的。但以同步发电机转速信号作为优化控制的输入，而同步发电机转速采集本身较慢，加之同步发电机各质量块的惯性作用导致转速信号不能及时反映出系统次同步振荡的发生，造成次同步振荡抑制发挥作用相对滞后，次同步抑制器开始起作用的时刻，次同步振荡已经相对较为严重，抑制器的性能会大打折扣；目前大多数SSDC(subsynchronous damping controller，次同步阻尼控制器)的结构都是针对发电机轴系的各个扭振模态分别进行阻尼设计的多通道分模态控制SSDC，然后叠加起来加入控制环路以达到提升电气阻尼的效果，但这种方法有可能对相邻的其他发电机组造成负阻尼的影响。

综上所述，现有同步发电机次同步振荡的方法存同步发电机转速反馈误差及滞后严重，无法及时有效的投入同步发电机次同步振荡抑制器；采用针对各个扭振模态的多通道分模态控制SSDC可能产生影响其他发电机组的技术问题。

发明内容