含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。

汽轮发电机组轴系扭振平衡位置分析与稳定域估计

根据汽轮发电机组轴系的简化模型 ,采用 Lyapunov直接法对该非线性系统的平衡位置稳定性进行了定性分析 ,在参数取于一定范围内时 ,确定了平衡点的位置 ,对稳定平衡点 ,用 Lyapunov函数对稳定域进行了估计。这里提出的分析方法是直接针对非线性系统的 ,因而避免了线性化方法所产生的误差。

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规PSS附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。

基于多传感器信息融合技术的汽轮发电机轴系扭振刚性转速的估计

基于分布式多转速传感器测量信号的冗余性和互补性 ,利用多传感器信息融合技术提出 1种估计刚性转速、实现扭振滤波的方法。基于模态分析理论提出 1种刚性转速的融合规则 ,由 1个极小极大问题确定最优的加权因子。通过对传感器故障的检测与分离 ,提高信息融合方法估计刚性转速的精度和容错能力。对 1台实际机组扭振试验的在线监测数据滤波处理的实践表明 ,多传感器信息融合刚性转速的滤波方法性能良好且易于实现 ,是

电气操作对机组轴系扭振的影响机理

电气操作特别是电气多次操作引起的发电机轴系扭振 ,严重地影响了发电厂的安全运行 ,该文使用轴系分段质量块模型中状态变量 ωI 和θi 构造了表征轴系扭振强弱的轴系全局能量函数 ,并在此基础上 ,构造了等值为两轴段扭振强度的等值能量函数 ,有利于分析严重受扰轴段扭振的幅值包络线。最后以重合闸操作为例 ,揭示了多次电气操作引起基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (5 96 770 12 ) ;教育部博士学科点基金资助项目 (970 6 980 7)。ProjectsupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(5 96 770 12 ) .的轴系扭矩是因为在轴系振动期间又叠加了新的冲击 ,它可能会加剧或减弱原有的扭振强度 ,其影响取决于新冲击的大小和施加时刻 ,选择合适的时刻完成最后一次电气操作 。

抑制大型汽轮发电机组轴系扭振的控制技术综述

总结了近年来国内外抑制大型汽轮发电机组轴系扭振的控制技术的研究成果 ,主要介绍了引起轴系扭振的串联电容补偿、直流输电系统及控制系统等因素 ,以及采用的附加励磁控制等相关控制技术。提出了用耗散结构论、混沌学及突变论等非线性理论分析轴系扭振的机理和规律的新方法 ,以及对轴系扭振进行智能控制的新思想 。

最佳重合闸方案的研究

提出了最佳重合闸方案。该方案在单相接地短路时跳开单相,两相接地短路时跳开两相,两相不接地短路时只跳开一故障相;瞬时故障时在最佳重合时刻分相重合,永久故障时闭锁重合闸。计算结果表明,该重合闸方案能够避免重合于永久故障时对系统的冲击,增强故障持续期间系统之间的联系,提高电力系统稳定性;并且减小功角摇摆幅度30%和发电机轴系扭振50%以上,也降低了操作过电压。

汽轮发电机组轴系扭振研究的发展与展望

自从汽轮机组轴系扭振问题被提出以来 ,国内外对此进行了广泛而深入的研究并取得了大量成果。在参阅近年来国内外文献的基础上 ,就轴系扭振产生原因、相应分析方法及解决措施进行了总结 ,分析了目前研究中尚待解决的问题 ,并结合目前电力工业中新型输配电、继电保护及控制等技术的发展需要 ,提出了一些新的研究方向以供参考。

发电机组转子轴系扭振模化系统双重共振的概周期解

建立了发电机组转子轴系扭振模化系统的数学模型，此模型具有平方非线性，并受简谐激励作用。应用非线性振动的改进平均法，求得了系统的固有频率与外激励频率存在双重共振关系ω１＋ω２≈ω３且Ω≈ω３时的一次近似解及对应的定常解，对定常解进行了理论分析和数值计算，指出系统存在周期解，周期２的概周期运动，响应存在饱和、跳跃现象，在某些参数域上有多解共存现象。

汽轮发电机组轴系扭振的鲁棒非线性控制

提出将同步发电机及其励磁系统看做扭振励磁控制的执行元件,采用直接反馈线性化方法补偿其非线性因素,避免小偏差线性化模型的参数摄动问题,从而提高扭振励磁控制系统的鲁棒性。综合H∞扭振模态观测器、独立模态空间鲁棒控制器和非线性反馈补偿律,提出一种轴系扭振的鲁棒非线性控制策略,在大范围工况下具有一致的全局性能,并且3个组成部分可以分别独立设计;另外,可以方便地与常规非线性励磁控制律综合在一起,而不影响后者阻尼低频振荡的性能。以一台300 MW汽轮发电机组第1阶扭振模态的阻尼控制为例,通过仿真验证鲁棒非线性控制器的性能优于常规线性控制器。

重合时刻对机组轴系扭振的影响

利用表征重合闸操作影响发电机轴系扭振幅度的等值能量函数 ,导出了瞬时性故障与永久性故障下重合闸操作对轴系冲击最小的理想重合时刻。在此基础上 ,给出了能够减小重合操作对严重受扰轴段冲击的重合时刻计算方法及计算步骤。仿真计算验证了文献 [1]所提出的模型及该文所确定的优化重合时刻的准确性和计算方法的有效性 ,为改善实际中重合操作对轴系的冲击奠定了理论基础。

汽轮发电机组轴系扭振的独立模态空间鲁棒控制

提出在汽轮发电机组轴系扭振的独立模态空间控制回路中,采用H∞扭振模态观测器估计模态反馈信号。证明了独立模态空间控制器可以独立设计,而引入H∞扭振模态观测器对闭环系统极点分布的影响可以忽略不计。基于H∞控制理论导出了针对受控扭振模态设计的独立模态空间控制器 的鲁棒稳定条件。另外,出于实际考虑,建议扭振控制转矩以发电机电磁转矩分量的形式实现,而将慢变的机械转矩看作干扰,提出了抑制其影响的H∞性能指标。在此基础上提出轴系扭振的独立模态空间鲁棒控制,并归结为带有闭环极点配置约束的多目标H∞综合问题。算例仿真表明,轴系扭振独立模态空间鲁棒控制策略是可行的、有效的。

励磁控制引起的双馈风电机组轴系扭振机理

从电磁转矩观点出发,证明了双闭环比例积分(PI)调节参数和前馈补偿参数是影响电磁转矩性质的2个关键因素。由于PI调节器积分常数取值的不同,在励磁调节器框图上从q轴励磁电压参考点到有功功率点之间的相位差可能在大范围内变化,这是影响阻尼转矩的因素之一。另一个影响因素是前馈补偿项参数——定、转子绕组间互感系数,由于设计控制器时所使用的该互感系数很难保证就是电机的实际参数,故存在误差,误差的正负性和大小对阻尼转矩的方向和大小有直接影响。上述2个独立因素可组合为4种情形,文中研究了各种情形下电磁转矩的阻尼性质,其中有2种情形将产生电气负阻尼,会导致轴系扭振。最后,通过时域和频域相互校验的仿真手段验证了机理分析的正确性。

大型汽轮机调节系统的设计对轴系扭振的影响

本文论证了在大型汽轮机调节系统的设计中考虑轴系扭振的必要性,讨论了调节系统影响轴系扭振稳定性的几种原因,并对大型汽轮机调节系统的设计提出了若干建议。

风火打捆直流送出系统次同步振荡及传播特性研究

风火打捆直流送出系统由于电力电子设备与交流电网的交互影响,可能引发系统次同步电气振荡,甚至火电机组轴系扭振。为深入研究这一现象,首先分析了风火打捆直流送出系统次同步振荡的原理。然后基于某实际区域电网参数,在PSCAD软件中建立了含火电、风电、直流的500 kV、220 kV电网模型,激发出特定条件下因风电场次同步电流谐波引发的火电机组轴系扭振现象。分析了风电场次同步谐波引发火电机组扭振的必要条件,同时仿真分析了线路谐波阻抗、电流振荡频率和方式检修等对次同步谐波传播路径的影响。

多机系统HVDC引起的轴系扭振的扫频——复数力矩系数分析

本文将复数力矩系数法推广用于多机系统HVDC引起的轴系扭振问题分析,并导出了完整的数学模型.通过对一多机ac/dc系统阻尼特性的研究,阐明了HVDC引起发电机轴系扭振的机理及直流控制参数和方式对轴系扭振的影响.文章还将复数力矩系数法和特征根分析法的结果进行了比较说明二种方法的一致性.

计及并联补偿高抗的电力系统对次同步振荡的影响研究

近年来,随着电力系统中无功补偿设备的广泛应用,由无功补偿设备引起的电力系统问题不断涌出,由此引发的次同步振荡问题也日益凸显。首先针对IEEE次同步谐振第一标准系统,推导并且建立了考虑并联补偿高抗的单机无穷大系统的数学模型,进而得到全系统的小信号模型。接着通过特征根分析方法论证了引入并联补偿高抗对于电力系统次同步振荡的影响。最后探讨了不同并联高抗值对于轴系扭振模式的影响,结合PSCAD仿真软件,在10机39节点系统进行仿真验证。结果表明:并联补偿高抗的参与在一定程度上使得系统发生次同步振荡的可能性变大,与此同时补偿高抗值的减小也会增强系统的阻尼。

大型汽轮发电机组的扭振快速保护

串补电容可能引发次同步暂态扭矩放大,极端情况下在0.5 s内导致汽轮发电机组大轴损伤,常规扭应力保护来不及保护。提出一种快速保护方法,该方法将电流或有功功率的工频变化量越限作为启动判据,波动转速幅值越限作为动作判据。针对XM地区M电厂的机组,选取12个算例进行时域仿真分析,结果表明,波动转速幅值与扭振幅值有较好的一致性,近似成正比;在仿真的转速中叠加现场实测的转速噪声信号,对保护算法及保护逻辑进行验证,结果表明扭振较轻时保护不动作,扭振较重时保护快速动作,最恶劣工况下暂态扭矩放大导致的疲劳值可降低至15%以下。需注意机组脱网之后仍存在扭振的影响,保护定值应有足够裕度。

1000MW汽轮发电机组轴系扭振特性计算评估

使用混合编程技术对一个计算评估汽轮发电机组轴系扭振特性的机网相互作用数字仿真程序MANDISP进行了Windows版本的开发,包括图形用户界面的创建及扭振特性分析功能的增强。Windows版本的MANDISP能对汽轮发电机组进行轴系模态频率与振型计算,对电网中的各种故障及操作进行时域仿真并计算其引起的机组轴系疲劳寿命损耗。最后利用程序对国产首台1000MW汽轮发电机组进行轴系扭振特性分析、暂态扭矩仿真及疲劳寿命损耗研究。计算结果表明,机组轴系自然频率满足轴系扭振频率设计要求,疲劳损耗也满足目前通常使用的机组设计标准。