电力系统次同步振荡基本理论与抑制措施.pdf

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1、2014年7月第17卷第7期贵州电力技术电网科技2014，Vol，17，No．7GUIZHOUELECTRICPOWERTECHNoL0GYPowerGridTechnology电力系统次同步振荡基本理论与抑制措施郭莉萨，彭志炜(贵州大学电气工程学院，贵州贵阳550003)摘要：阐述了汽轮发电机组轴系数学模型以及电力系统次同步振荡的产生机理。并根据现阶段的研究状况，总结了电力系统次同步振荡的抑制措施。关键词：次同步振荡；轴系扭振；抑制措施文章编号：1008—083X(2014)07—0006—03中图分类号：TM31文献标志码：B机转子系统。

2、常见的轴系数学模型有轴系连续质量1汽轮发电机组轴系数学模型弹簧模型和轴系分段集中质量弹簧模型。传统电力系统机电振荡主要关注低频的功角振荡1．1轴系连续质量弹簧模型问题，汽轮机一发电机轴系多质量块被认为单一刚体，汽轮机发电机组的实际轴系结构十分复杂，当其动态过程被忽略。而电力系统次同步振荡则着重研轴系模化后，每一段都可以看做均质等截面杆。图究电力系统中机械和电气两大组成部分的耦合振荡行1为轴系模化后第i个轴段及其微单元的示意为，这类稳定性问题除了电力系统的结构和参数，还必图。为第i段轴段的长度；q(，t)为施加到轴系上须考虑汽轮机组中转子轴系扭

3、振的特点，因此不能将的分布外力矩，0(，t)为扭转角位移，其中为轴发电机组的轴系简单的处理成一个刚性旋转体⋯。向坐标，t为时间坐标。转子具有不同频率的自然扭振频率，在转子平)《；∈；(衡情况下，如果对转子施加变化频率为转子的某一—．dx．自然扭振频率的周期性变化矩阵，转子各轴段之间一一^的相对角位移就会出现一个幅值稳定的交变分量，各轴段之间会出现相互扭振的状态，这种变化状态Ml即为扭振模态。一旦机电相互耦合作用激发了其中某一种扭振模态，就有可能引起系统的剧烈扭振甚至导致轴系的破坏。图1轴段扭振分析在研究电气系统与机械系统的相互作用时，可轴系自

4、由振动时，q(xi，t)=0，汽轮发电机组轴以用简单的分段集中质量弹簧模型来代替汽轮发电系的扭振方程为引：pIp(x)一[GJP(x)]-q(x，t)(1)式中，p()为长度的转动惯量。1．2轴系分段集中质量弹簧模型Jl～～。(2)典型的大型汽轮发电机轴系采用六质量块模d8=M-1(一硒一D)型，包括高压缸HP，中压缸IP，低压缸LPA，低压缸LPB，发电机GEN和励磁机EXC。式中，oJi为质量块i的电气角速度，单位为rad／s；8i为质量块i的电气角位移，单位为rad，i=1，2，⋯，6；EXC!：‰为稳定状态下发电机转子的角速度。M为轴

5、系各质12346图2轴系模型图量块的惯l生时间常数，单位为S；为质量块i上的转其轴系运动方程为：矩；D为轴系阻尼矩阵；为质量块间弹性系数。·6·第7期郭莉萨，等：电力系统次同步振荡基本理论与抑制措施步频率电流所表现出的视在负电阻特性，当负电阻2电力系统次同步振荡原理使得C谐振回路的等效电阻之和为负时，就会产电力系统次同步振荡问题，IEEE工作组分别于生电气自激振荡，这就是异步发电机效应。1980年和1985年就该问题的相关术语及其定天一?：—。．义等专门撰文进行过讨论。图3带串联补偿的单机无穷大系统由于电气谐振作用和功率快速控制作用，目前存在

6、次同步振荡问题最多的主要是汽轮发电机。截止目前，国内外还没有报道过水轮机与电力系统之间出现不利的动态相互作用问题，下面主要介绍图4异步发电机效应的等效电路汽轮发电机组发生次同步振荡的机理。以带串联补偿的单机无穷大系统为例说明异步发2．1异步发电机效应电机效应的机理，当电网中存在同步频率以外的扰当发电机经串联补偿线路接入系统时有可能发动分量时，相对于扰动分量，发电机就相当于一台异步生自励磁，其原因在于同步发电机的转子对于次同电机。从电网侧看进去，扰动下的等效阻抗Z(p)为：z(p：=(尺十+÷)+j(w一++)(3)其自然振荡频率X叼=0。设线

7、路串联补偿度作用的产生机理。为k，则有：=(cJ。谐振频率：0C1一_=√∞0(4)√LC图5带串联电容器的简单系统正常时，k小于1，谐振频率低于。，转差率设在t=0时刻，d轴和a轴绕组轴系重合，系统r在平衡点受到幅值很小的扰动，发电机转子产生了s为负值，当k较大时，小于0，且有较大的绝对频率标幺值为A，幅值为A的角位移偏移量，发电值，此时同步机相当于一台异步发电机。当谐振频机转子的角位移和角速度为：率较低，负电阻的数值较大，可能使得总等效电阻小0=0o+／tO=t+AcosAt(5)于零，在该谐振频率下发生自激振荡，导致电压，电∞：pO=(

8、cJ0+△=1一AAsinAt(6)流振荡幅度不断增大，发生异步发电机效应。根据发电机电压方程，通过派克反变换，忽2．2轴系扭转相互作用略三项不对称和磁链变化影响，