电力平台次同步振荡概述与控制

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1、电力平台次同步振荡概述与控制第1章绪论1.1课题背景与研究意义我国能源与用电负荷分布极不均衡，能源主要集中在西部和华北地区，而重负荷主要集中在东南沿海的经济发达地区，所以我国制定了西电东送的发展战略。近年来，随着国民经济的快速发展，用电负荷持续增加，为了增大远距离的传输容量，只能新建输电走廊或者提高原有输电线路的输送能力，新建输电线路所带来的工程造价、输电走廊占用问题难以解决，所以，只有提高原有输电线路的传输能力。提高原有线路的输送能力是一种经济有效的措施，并且在提高电力系统暂态稳定性的前提下，我国输电线路的输送能力确实还有很大的提

2、升空间。串联补偿技术可以再提高系统的稳定性的基础上增加线路的输电容量、减少输电损耗。但是当输电线路串联电容补偿后，处于平衡状态的电力系统受到扰动时，电力网络与汽轮发电机组相互稱合、彼此互激，以一个或多个低于同步频率的自然频率交换数量可观的能量，从而使汽轮发电机的轴系断裂，这种现象称为次同步谐振。1970年12月和1971年10月，美国Mohave火电站接连发生了两起因为不恰当串不电容引起的大型汽轮发电机大轴损坏事故，这两起重大事故引起国际电力工程界的广泛关注[2]，由此引发了世界性对于次同步谐振的研究热潮。后续的研究发现高压直流输电

3、(HVDC)[34]、汽轮机高速电液调速系统、电机调速用换流器[5]、电力系统稳定器(PSS)、静止无功补偿器、可控串联补偿等许多有源快速控制装置在一定条件下，都可能激发次同步振荡。1.2国内外研究现状1970年12月和1971年10月，美国莫哈弗Mohave电站发生了两起由于不恰当的串联电容补偿引起的大型汽轮发电机组转子大轴断裂的事故。这次事故揭开了学术界和工程界研究次同步振荡问题的序幕。国际电气电子工程师协会（IEEE)于1973年成立了一个庞大的次同步谐振工作组,负责开展这方面的研究工作。该工作组多次召开有关轴系扭振问题的专题

4、学术会议进行讨论II3颁布了次同步振荡的有关定义、相关术语及符号[16]，解释次同步振荡发生的原因，给出了次同步振荡问题的分类，提出次同步扭振研究的指南性报告[1]，并推荐了两个研究次同步振荡的标准测试模型[1718]:分别为第一标准模型（thefirstbenchmarkmodel)、第二标准模型（thesecondbenchmarkmodel),其中，第一标准模型是一个汽轮发电机与一个含有串补的线路相连接，第二标准测试模型包括两个模型：一个是一台发电机和两条输电线路相连，其中一条线路含有串补电容；另一个是两台具有不同扭振模式的汽

5、轮发电机与同一条含有串补电容的线路相连。此外，SSR沿正反方向运动的旋转磁场，由于定子次同步频率电流产生的旋转磁场的速度低于转子同步旋转磁场的速度，所以从发电机的电枢绕组看进去，转子绕组对于该次同步频率的电流表现为负阻特性。2.2IEEE第一标准测试模型轴系分析大型汽轮发电机的转子轴系各部分安装的各个机械元件的几何尺寸和转动惯量不同，所以整个转子轴系存在多个机械扭振模态频率。又由于轴系的驱动转矩和制动转矩作用在转子不同的轴段，因此，他们之间能量的传递是靠不同轴段间的相对角位移（扭矩）实现的。稳定运行时，不同轴段间的相对角位移是固定的

6、，且在转子轴系的弹性形变范围之内。当系统受到扰动后，转子轴系的各个轴段之间可能以一个或者几个扭振模态频率振荡。轻则引起轴系的疲劳损伤，重则引起轴系断裂。次同步振荡就是研究轴段间扭振的特点和如何抑制轴段间扭振的。所以必须将轴系进行分段，并仔细研究他们之间的作用方式。将上述线性变换矩阵ig的每一列除以该列中的最大元素来进行归一化，得到矩阵仏的每一列就是各个模态的振型图，振型图包括六个模态：TM0-TM5，其中，TMO对应轴系的刚体模态，TM1-TM5分别对应转子轴系等效为六个质量块时，只发生15.71Hz、20.21Hz、25.55Hz

7、、32.28Hz、47.46Hz这些频率的振荡时，轴系各轴段的角位移或角速度，其大小表示发生该模态频率的振荡时，振荡的强弱情况。第3章抑制次同步振荡的控制策略研究.........273.1FACTS装置抑制电力系统次同步振荡.........273.2抑制次同步振荡的策略概述.........293.3次同步阻尼控制器（SSDC)设计.........313.4STAT运行原理与控制.........393.5本章小结.........43第4章抑制次同步振荡的仿真验证.........444.1待研系统模型.........44

8、4.2系统电气阻尼分析.........444.2.1不加抑制装置时系统的电气阻尼分析.........444.2.2施加抑制装置后系统的电气阻尼分析.........454.3时域仿真分析.........514.3.1机械量比..