[发明专利]一种基于并网变换器锁相环优化的同步机次同步抑制方法

说明书

本发明提供了一种基于并网变换器锁相环优化的同步发电机次同步抑制方法，包括：S1：采集并网变换器电气信号量；S2：根据并网变换器电气信号量获得同步旋转信号Δθ，对同步旋转信号Δθ进行带通滤波处理后并根据处理的结果判断同步发电机是否发生次同步振荡，若是，则进入步骤S3，若否，则并网变换器锁相环的带宽不变；S3：通过增加锁相环的带宽来提升交流系统的阻尼，并将提升后的阻尼注入到交流系统中实现次同步振荡的抑制。本发明在于不增加系统容量的同时，配合有功无功控制支路，增加抑制同步发电机次同步振荡的抑制效果，提高现有次同步振荡抑制方法在抑制次同步振荡的能力。

技术领域

本发明属于电力系统稳定控制领域，更具体地，涉及一种基于并网变换器锁相环优化的同步发电机次同步抑制方法。

背景技术

同步发电机为电力系统中最为重要的电源装备之一，经济价值高，同步发电机的安全稳定运行对电力系统的安全稳定有着重要的作用。同步发电机次同步振荡属于系统振荡失稳，随着汽轮同步发电机单机容量逐渐增大，发电机的轴系变得更加细长，轴系的特性较多的体现出机械的柔性特性，更加容易引发这种特殊的机电耦合相互作为，严重的可以造成发电设备损坏，威胁电力系统的安全稳定运行。

对同步发电机轴系进行动力学分析可以知道，当机械输入转矩和电磁阻尼转矩平衡时，同步发电机轴系处于稳定状态。当同步发电机电磁转矩出现非基频谐波含量时，会引起同步发电机轴系的不平衡，当该不平衡转矩不能够得到有效的抑制的情况下，同步发电机会引发各种类型的次同步振荡问题，当该振荡频率与同步发电机轴系的固有振荡频率相同或接近时，会激发同步发电机的轴系扭振问题，严重情况下会损毁同步发电机的轴系，威胁电力系统的安全稳定。例如上世纪70年代，位于美国的Mohave电厂连续出现由串联补偿线路造成的汽轮发电机组轴系振荡损坏事故，由于轴系扭振频率位于次同步振荡频率范围之内，从而引起了人们对于次同步振荡问题的广泛研究。

对于同步发电机的次同步振荡的抑制主要同研究同步发电机的电气阻尼特性，并通过一些手段实现地电气阻尼的优化，达到对同步发电机次同步振荡抑制的效果。而影响电气阻尼的因素较多，例如系统的潮流分布，稳态工作点，励磁控制系统，稳定器控制系统，同步发电机外部网架结构，输电线路阻抗，外部其他电力电子装备等等较多因素。对于同步发电机附近复杂的电网结构导致难以对同步发电机阻尼特性进行准确刻画，无法确定各装备对同步发电机的影响及其严重程度，因此，需要较多的次同步震荡抑制手段在多种设备上协同作用，实现对于同步发电机次同步振荡的抑制。

对于现有的次同步振荡抑制的方法，主要采用以下几种措施：第一：对于机械学科，可以通过同步发电机轴系的优化设计来实现，避开次同步频段的固有振荡频率，可以从根本上实现对同步发电机轴系扭振的有效抑制，但该方法需要多学科交叉研究，近期难以实现较大的突破，且对于现已有的同步发电机作用不大。第二：采用带通滤波器装置，将次同步频段的谐波成分通过滤波器进行滤除，实现对次同步的抑制，该方法理论上可以实现，但在实际工程中，较低的谐波成分，且有些谐波成分与基频频率较为接近，无法实现有效的滤除。第三：在同步发电机附近加装专门的次同步抑制装置，例如同步发电机转子上安装极面绕组、附加励磁阻尼控制器，同样可以取得较好的抑制效果，但这种类型的次同步抑制器功能较为单一，无法进行其他更多的功能扩展，无法适应未来更加复杂的电力系统的发展。第四：利用具有全控型开关器件的电力电子装置实现对同步发电机次同步振荡的有效抑制。通过相应的附加的控制算法和控制参数的优化，实现对不同工况下，对同步发电机全频段次同步振荡的有效抑制，灵活有效的实现对同步发电机的保护；同时，该种方案既可以选择在同步发电机端口附加专门的电力电子装置，实现次同步振荡的同时，可以在正常状态下实现同步发电机的无功补偿，也可以利用同步发电机附近的电力电子装置，例如新能源发电，STATCOM无功补偿，HVDC高压直流输电等，经济性和有效性可以有效提升。