电力系统次同步振荡轴系模型研究.pdf

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1、第40卷第4期电力系统保护与控制Vl01．40No．42012年2月l6日PowerSystemProtectionandControlFeb．16，2012电力系统次同步振荡轴系模型研究和鹏，白菲菲，张鹏，王晓茹(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：针对某国产300MW汽轮机轴系，用ANSYS建立其有限元模型并进行模态分析求解自然扭振频率；通过连续轴系的离散化，建立其多段集中质量模型；并在此基础上，通过K／比值灵敏度法建立其简单集中质量模型。运用特征值分析法求解出两种集中质量模型的自然扭振频率。分析了该汽轮机发生次同步振荡的可能

2、性。通过自然扭振频率，比较了这三种轴系模型的准确性。结果表明175段模型(多段集中质量模型)计算量小、在仿真中较易实现，具有较高的实用价值。关键词：汽轮发电机；次同步振荡；轴系模型；模态分析ShaftmodelsofsubsynchrOn0usoscillationinpowersystemHEPeng，BAIFei—fei，ZHANGPeng，WANGXiao—ru(SchoolofElectricalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031，China)Abstraet：Base

3、donadomestic300MWturbinegeneratorshaft．finiteelementmodelisestablishedwimANSYSandwithwhichmodalanalysisiSconductedtosolvethenaturalfrequenciesoftorsionalvibration．Multi．1umpedmassmodeliSestablishedwiththediscretizationofcontinuousturbinegeneratorshaftandsimplelumpedmassmodeliS

4、obtainedwithratiosensitivitymethod．Naturaltorsionalvibrationfrequenciesofthelumpedmassmodesaresolvedbyusingeigenvalueanalysis．PossibilityofsubsynchronousoscillationiSestimatedandtheaccuracyofthethreemodelsarecomparedbvnaturalfrequenciesoftorsionalvibration．Theresultsshowl75sha

5、ftsegmentsmodel(multi-lumpedmassmode1)iSmorepracticalonaccountoflesscomputationsandeasieraccesstosimulation．Kevwords：turbinegenerator；subsynchronousoscillation；shaftmodels；modalanalysis中图分类号：TM712文献标识码：A文章编号：1674—3415(2012)04-0107—06质量块的多少，集中质量模型又可以分为简单集中0引言质量模型和多段集中质量模型。简单集中质

6、量模型次同步振荡是由于电力系统中特殊的机电耦合是由4～7个集中质量块和连接质量块间的无质量弹引起的振荡失稳，次同步振荡可能导致汽轮机组轴簧构成的模型。多段集中质量模型本质上与简单集系的严重损坏，破坏电力系统安全运行[1-2]。美国在中质量模型相同，只是根据轴系的结构特点分段数20世纪70年代就接连发生汽轮发电机组损坏的事由几十段到几百段不等。文献『11—131应用有限元法故，近年来由于次同步振荡而造成机组轴系损坏的对电机轴系进行分析，文献[14．16]通过集中质量模事故时有发生【3。4】。随着我国互联电网的快速发展，型对电机轴系进行分析。串联补偿装

7、置和高压直流输电得到广泛应用，电力本文针对某国产300Mw汽轮发电机轴系分别系统的次同步振荡问题变得比较突出L5J。为减少次建立了有限元模型、集中质量模型，并对不同模型同步振荡给机组带来的危害，预防事故的发生，研进行比较分析。其中有限元模型的求解是采用究电力系统次同步振荡是十分必要的，而汽轮发电ANSYS进行的；集中质量模型的求解是通过Matlab机组轴系模型是其中的一个重要议题。软件编程实现的。目前汽轮发电机组轴系模型主要有分布质量模1轴系的有限元模型型和集中质量模型【l。分布质量模型是利用有限元法将轴系离散为有限结构元素进行分析；集中质量1．1

8、轴系的有限元动力方程模型是由一系列具有转动惯量的集中质量块和无质有限元法利用有限个单元将连续体离散化，通量但有一定刚度的弹