一种基于晶闸管控制电抗器抑制次同步振荡的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于晶闸管控制电抗器（ＴＣＲ）的次同步振荡（ＳＳＲ）抑制方法，通过时域频率扫描法测量出ＴＣＲ触发角α和发电机电气转矩Ｔｅ的相位关系，基于相位补偿原理，利用多个模式控制通道，对发电机组转速信号各扭振模式分量分别进行滤波、放大和相位补偿，使ＴＣＲ能够在发电机组各危险扭振模式附近都能提供正的电气阻尼，从而达到抑制次同步谐振的目的。本发明专利技术方法具有物理概念明确、工程实现方便的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出一种使用晶闸管控制电抗器(TCR)来抑制电力系统次同步振荡的方法，属于抑制电力系统次同步振荡产生的创新技术。
技术介绍
交流输电线路采用串联电容补偿，可以大大提高交流线路的输送能力，具有巨大 的经济效益。近年来，以内蒙古伊敏电厂、托克托电厂、上都电厂和陕西锦界电厂为代表的 大型煤电基地都采用了交流线路加串联电容补偿的输电方式。但交流线路加串联电容补偿 的输电方式，可能会引起发电机组的次同步谐振(SSR)问题，成为电网安全运行的一大威 胁。为了抑制SSR，人们提出了多种解决方案。而采用柔性交流输电(FACTS)装置 来抑制SSR近年来得到了更多的关注，并已在实际工程中得到应用。其中晶闸管控制电 抗器(TCR)，由2个反相并联的晶闸管与1个电抗器相串联组成，并联在被保护的发电机 机端母线上。通过对晶闸管的控制可以改变TCR输出电纳Bpu，其与触发角的关系满足 2π-2a + sin 2aBpu =——^-，利用此公式可将电纳信号转化为相应的触发角信号α，送到触发环节中，产生相应的触发脉冲，实现对TCR电流的调制。迄今为止，已有大量文献对TCR抑制SSR的原理及其控制策略进行了研究。如比 例型控制、包含电压控制回路的比例型控制、模式控制、PID控制、SIMO控制、最优控制和基 于神经网络控制等。这些控制策略中有2个问题没有得到很好解决。第1个问题是控制策 略的物理意义不明确，工程实施存在一定难度。第2个问题是控制器设计大多基于TCR的 基波稳态模型，而此模型在次同步频率范围内并不适用，因而这种控制器设计方法在理论 上存在缺陷。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于晶闸管控制电抗器(TCR)的抑制电力系统次同步谐振的方 法。通过对TCR触发角的附加控制，来提高电力系统的阻尼，从而抑制电力系统次同步振荡 的产生。一种基于晶闸管控制电抗器的抑制电力系统次同步振荡的方法，以发电机转速偏 差信号作为晶间管控制电抗器附加控制器的输入信号，通过对该输入信号进行放大和相位 补偿得到附加控制信号，通过该附加控制信号将晶闸管控制电抗器(TCR)中的无功电流调 制成与发电机转速偏差反相，从而达到抑制次同步振荡的目的，其基本原理图如图1所示。 所述附加控制信号的生成包括如下步骤，具体如图2所示(1)采集电力系统中发电机(本专利技术中若无特殊说明，所述的发电机均指需要通 过本专利技术方法保护的那台发电机)的转速差信号Δ ω，转速差信号是指发电机的实际转速 与额定转速的差值；(2)对转速差信号Δ ω进行滤波处理，得到发电机轴系的各扭振频率信号；进行 滤波处理时，可以利用多通道低相移带通滤波器对转速差信号△ ω进行滤波，其中带通滤 波器通带中心频率调谐为发电机轴系各扭振频率，通过滤波得到多路信号，而每一路信号 分别对应发电机轴系各扭振频率；(3)对滤波得到的多路信号分别进行放大和相位补偿后，进行叠加得到附加控制信号。实际应用中，通过多个超前滞后环节分别对经过放大的各路信号进行相位补偿， 可以实现较大角度的相位补偿。I+ STa所述的超前滞后环节的传递函数可以表示为TT^"的形式，其中Ta、Tb为超前滞后环节的时间常数， η = Tb/Ta = (I_sin<j5)/(l+sin<j5)Τα=/、ωχ4 )Tb = IiTaωχ为所选择的相位补偿频率，即发电机的轴系扭振频率；φ为ω χ所对应的需要补偿的滞后相角。在确定需要补偿的滞后相角Φ时，参见式(1)f \ τ \De = Re ^(1))式⑴中Δ ；为发电机的转矩偏差、Δ ω为发电机的转速差信号、队为电力系统 的电气阻尼；由式(1)可以得出，当Δ T6和Δ ω之间的相角差在_90°到+90°时，电力系统的 电气阻尼队将为正。当Δ ；和Δω同相时，系统能够提供最大的电气阻尼。需要使Δ ； 与Δ ω尽量同相，从而为抑制SSR提供最大的电气阻尼。为了得到确定的需要补偿的滞后相角Φ，可以利用时域频率扫描法求得TCR触发 角增量△ α到发电机电磁转矩增量间传递函数G(S)的相位特性，在使得发电机转速 增量△ ω到发电机电磁转矩增量ATe间相位特性在士90°之内的原则下确定需要补偿的 滞后相角Φ，使得TCR在发电机组扭振频率处能够提供合适大小的电气阻尼。具体步骤为(1)时域仿真时，在TCR触发角上施加一串包含IOHz 55Hz，频率间隔为0. 2Hz次同步频率的小扰动信号Aam = cos(2iy0i + φλ)(2)Λ式中，λ为常数，且小于1 ； α λ、^分别是频率为λ G^的扰动信号的幅值和初相 位。(2)施加小扰动信号后，一直到电力系统再次进入稳态，截取一个公共周期上的发 电机电磁转矩Te和TCR触发角α。(3)将上述2个量(发电机电磁转矩Te和TCR触发角α )进行Fourier分解，求得TCR触发角增量Δ %到发电机电磁转矩增量Δ ；间传递函数G(S)的相位特性。(4)然后针对发电机的每个扭振模式确定需要补偿的滞后相角Φ，使得发电机转 速增量Δ ω到发电机电磁转矩增量ATe间相位特性在士90°之内。本专利技术方法通过对晶闸管控制电抗器触发信号的附加控制，使TCR能够在发电机 组各扭振模式附近都能提供正的电气阻尼，从而达到抑制次同步谐振的目的。本专利技术有物 理概念明确、数学论证严格、工程实现方便的优势，并对一般性的SSR阻尼控制器具有普遍 的适用性。附图说明图ITCR抑制SSR的基本原理图；图2采用本专利技术方法的多通道阻尼控制器示意图；图3TCR位于高压侧时的系统结构图；图4传递函数G (S)的相位特性；图5采用本专利技术方法时系统电气阻尼转矩。具体实施例方式以下结合附图和实施例详细描述本专利技术的具体实施方式，但本专利技术不受所述具体 实施例所限。采用测试系统如图3所示，机械系统轴系由6个质量块构成，依次为高压缸(HP)、 中压缸(IP)、低压缸A(LA)、低压缸B(LB)、发电机(GEN)和励磁机(EXC)，包含5个扭振模 式，模式 1 至 5 的扭振频率依次为 15. 71Ηζ、20· 21Ηζ、25· 55Ηζ、32· 28Hz 和 47. 45Hz。TCR 布 置在升压变压器的高压侧，TCR采用三角形连接，容量为发电机容量的10%，基准触发角α。 =135°。TCR的连接变压器为八八接法，5391^/351^，额定容量为100MVA。本测试模型中 串补度为60%。首先在TCR基准触发角上施加一串包含IOHz 55Hz，频率间隔为0. 2Hz次同步频 率的小扰动信号；施加小扰动信号后，一直到测试系统再次进入稳态，截取一个公共周期上 的发电机电磁转矩Te和TCR触发角α。对得到的Te和α进行Fourier分解，求得TCR触 发角增量Δ Cin^lj发电机电磁转矩增量Δ ；间传递函数G(S)的相位特性，如图4所示。然后根据发电机轴系所有扭振频率，以它们为带通滤波器的中心频率，设计多通 道阻尼控制器，滤波器通带带宽取为0. IHz以满足由测量和计算误差带来的扭振频率的偏 移。带通滤波器的传递函数为H(S)= 4S4+Ds3+Es2 +Fs + Gs为拉普拉斯算子，本例中各模式带通滤波器系数见表1。表1低相移带通滤波器系数<table>table see origi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于晶闸管控制电抗器的抑制电力系统次同步振荡的方法，其特征在于，以发电机转速偏差信号作为晶闸管控制电抗器附加控制器的输入信号，通过对该输入信号进行放大和相位补偿得到附加控制信号，通过该附加控制信号将晶闸管控制电抗器中的无功电流调制成与发电机转速偏差反相，从而达到抑制次同步振荡的目的，所述附加控制信号的生成包括如下步骤：（１）采集电力系统中发电机的转速差信号Δω；（２）对转速差信号Δω进行滤波处理，得到发电机轴系的各扭振频率信号；（３）对各扭振频率信号分别进行放大和相位补偿后，进行叠加得到附加控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐政，郑翔，张静，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]