电力系统次同步谐振的分析与控制PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 次同步谐振的基本概念 1

1.2 次同步谐振的机理与形态 3

1.2.1 感应发电机效应 4

1.2.2 扭振互作用 5

1.2.3 暂态扭矩放大 6

1.2.4 多形态与多模式次同步谐振 6

1.3 次同步谐振研究的简要回顾 7

1.4 次同步谐振的危害 9

1.5 我国电网次同步谐振问题及其特征 11

1.6 本书的特色与重点 14

参考文献 15

第2章 次同步谐振分析的模型与参数 17

2.1 模型构成与建模概述 17

2.2 汽轮发电机组 20

2.2.1 整体构成 20

2.2.2 同步发电机 21

2.2.3 励磁系统 26

2.2.4 轴系机械系统 29

2.2.5 原动机及其调速系统 39

2.3 串联补偿电容器 41

2.3.1 构成 41

2.3.2 线性模型 42

2.3.3 非线性时域仿真模型 43

2.4 交流电力网络 44

2.4.1 交流输电线路 44

2.4.2 并联电抗器 45

2.4.3 其他电网元件 46

2.4.4 交流电网的通用模型 46

2.4.5 保护一二次设备 47

2.5 其他设备 48

2.6 机网接口 48

2.7 建模中一些需要关注的问题 51

2.7.1 同母线多台并联机组的等值处理 51

2.7.2 复杂大电网的等值与简化 52

参考文献 55

第3章 次同步谐振的多维定量分析 56

3.1 次同步谐振问题的多维度性 56

3.2 多维定量分析的基本框架与方法概述 57

3.2.1 已有分析方法概述 57

3.2.2 多维定量分析方法的框架与指标体系 67

3.2.3 模式阻尼及其表达方法 68

3.3 多机多模式SSR的特征值分析 69

3.3.1 分析流程 69

3.3.2 小范围线性化建模 70

3.3.3 SSR模式特征值提取 79

3.3.4 SSR特征值分析示例 81

3.4 SSR模式阻尼的量化计算 88

3.4.1 串联电容补偿输电系统的通用性等值模型 88

3.4.2 基于阻抗频率扫描和最小二乘参数拟合的串联电容补偿输电网络等值 88

3.4.3 模式阻尼的推导 90

3.4.4 模式阻尼量化计算的算例验证与比较 94

3.4.5 量化计算方法小结与适用性分析 98

3.5 多机多模式SSR的时域仿真分析 99

参考文献 102

第4章 次同步谐振的主要影响因素分析 103

4.1 影响SSR特性的主要因素概述 103

4.2 串联补偿电容和线路阻抗参数对SSR特性的影响 104

4.2.1 串补度 104

4.2.2 串联补偿电容的保护方式与保护电压水平 107

4.2.3 串联补偿电容的结构 110

4.2.4 电网的线路阻抗 111

4.3 机组轴系参数对SSR特性的影响 111

4.3.1 机组轴系扭振模式的频率 111

4.3.2 扭振模式的机械阻尼 113

4.3.3 扭振模式的振型 113

4.3.4 机组轴系的材料、结构和尺寸 114

4.4 同步发电机参数及其控制系统对SSR特性的影响 114

4.4.1 同步发电机参数 114

4.4.2 同步发电机控制系统 119

4.5 多机系统的机组组合与电网运行方式对SSR特性的影响 120

4.5.1 机组组合方式 120

4.5.2 电网运行方式 122

4.6 扰动或故障形态和参数对SSR特性的影响 123

4.7 FACTS控制器对SSR特性影响的概述 129

参考文献 132

第5章 次同步谐振控制方法概述 133

5.1 SSR控制的目标 133

5.2 SSR控制的基本原理 134

5.3 SSR防控方法概述 136

5.3.1 机组制造阶段通过适当设计机组轴系参数避免或降低SSR风险 136

5.3.2 调整同步发电机的参数 137

5.3.3 调整电网结构和参数 138

5.3.4 协调机网运行 138

5.3.5 无源滤波器 139

5.3.6 SSR保护措施 140

5.3.7 附加励磁阻尼控制 140

5.3.8 优化设计串联电容的MOV和/或间隙来降低故障引起的冲击扭矩 140

5.3.9 电力电子控制器或FACTS设备 141

5.3.10 其他方法 148

5.4 各种方法对防控SSR的作用 148

5.5 国内外解决SSR问题的工程应用概述 150

5.5.1 国外的SSR防控工程 150

5.5.2 国内的SSR防控工程 151

5.6 防控SSR的经验与建议 151

5.6.1 机网或厂网协调防控SSR的原则与思路 152

5.6.2 机网协调规划以降低SSR风险 154

5.6.3 量化评估以定位SSR风险 155

5.6.4 机网协调的SSR防控体系 156

5.6.5 SSR防控方案的技术经济比较 158

5.7 本书重点关注的SSR控制与保护方法 160

参考文献 160

第6章 次同步谐振的附加励磁阻尼控制（SEDC） 162

6.1 SEDC原理与应用概述 162

6.1.1 基本原理 162

6.1.2 关键技术 163

6.1.3 研发与应用历程回顾 166

6.2 多模式SEDC及其优化设计 168

6.2.1 多模式SSR阻尼控制思路与基本结构 168

6.2.2 反馈信号选择 169

6.2.3 前置信号处理 173

6.2.4 模式滤波器的设计 174

6.2.5 比例-移相式控制规律 176

6.2.6 输出限幅 177

6.2.7 控制规律及其参数的优化设计问题 178

6.3 SEDC控制效果分析 181

6.3.1 采用特征值方法验证SEDC提高模式阻尼和镇定SSR的效果 182

6.3.2 采用时域仿真方法验证SEDC抑制SSR和改善其暂态特性的效果 184

6.4 SEDC与励磁系统的配合 192

6.4.1 励磁系统整流控制方式对SEDC控制信号通过性的影响分析 192

6.4.2 SEDC对励磁系统主要常规功能的影响分析 194

6.5 SEDC工业装置 200

6.5.1 SEDC装置的硬件结构 201

6.5.2 SEDC装置的软件开发 202

6.5.3 SEDC工业装置的外观 202

6.5.4 SEDC工业装置的功能特点 204

6.6 SEDC提高扭振模式阻尼的激励与抑制试验 204

6.6.1 试验原理 204

6.6.2 试验环境 205

6.6.3 主要试验内容及其结果 205

6.6.4 试验小结 208

6.7 SEDC的限制条件 209

6.8 SEDC在国内的应用 211

参考文献 211

第7章 基于晶闸管控制电抗器的次同步谐振阻尼控制（TCR-SSDC） 213

7.1 应用SVC抑制SSR的研发历程回顾 213

7.2 基于基波导纳次同步频率调制的TCR-SSDC控制方法 215

7.2.1 TCR的模型分析和次同步控制机理 215

7.2.2 工频电纳次同步频率调制的时域仿真分析 218

7.2.3 工频电纳次同步调制的设备试验 220

7.2.4 多模式TCR-SSDC基本结构 222

7.3 TCR/SVC及其多模式SSDC的优化设计 223

7.3.1 锦界串联电容补偿输电系统及其SSR问题分析 223

7.3.2 TCR/SVC的接入电路结构 226

7.3.3 SVC容量设计 226

7.3.4 SSDC的优化设计 227

7.4 SVC-SSDC的控制效果分析 231

7.4.1 小扰动情况的特征值分析验证 231

7.4.2 仿真分析验证 232

7.5 SVC-SSDC对机网系统的影响 236

7.5.1 对系统电压的影响 236

7.5.2 谐波影响 238

参考文献 240

第8章 基于遗传-模拟退火算法的次同步谐振控制参数优化设计 242

8.1 次同步谐振控制参数设计概述 242

8.1.1 设计目标 242

8.1.2 控制系统参数的一般设计流程 244

8.1.3 基于近似线性系统模型的约束优化设计问题 246

8.2 基于遗传-模拟退火算法的参数优化方法 248

8.2.1 遗传-模拟退火算法简介 248

8.2.2 遗传-模拟退火算法流程 249

8.2.3 遗传-模拟退火算法的实现与应用 253

8.3 基于遗传-模拟退火算法的SEDC比例-移相参数设计 253

8.4 基于遗传-模拟退火算法的SVC-SSDC比例-移相参数设计 254

参考文献 255

第9章 阻塞滤波器 257

9.1 应用无源滤波器防范SSR的研发概述 257

9.1.1 串联型（阻塞）滤波器 258

9.1.2 并联型滤波器 259

9.1.3 旁路型滤波器 259

9.1.4 应用情况 260

9.2 托克托SSR防治工程概述 261

9.2.1 托克托电厂及其串联电容补偿输电系统 261

9.2.2 串联电容补偿引发的SSR问题 261

9.2.3 BF方案及其问题 261

9.2.4 改进BF方案及其实施 262

9.3 串联电容补偿引发的SSR风险分析 263

9.3.1 系统分析的评价方式 263

9.3.2 特征值分析 264

9.3.3 模式阻尼的参数灵敏度分析 265

9.3.4 时域仿真分析 277

9.3.5 风险分析小结 277

9.4 BF及其引发IGE-SSR的分析 277

9.4.1 电路结构与参数 277

9.4.2 BF投运引发的自激现象 279

9.4.3 BF电路的阻抗-频率特性 280

9.4.4 特征值分析 282

9.4.5 时域仿真分析 284

9.4.6 BF引发IGE-SSR的分析小结 285

9.5 BF的优化修正设计 285

9.5.1 BF可修正的参数分析 285

9.5.2 BF可能的修正方案及其对比分析 286

9.5.3 BF电抗支路品质因数TI和IGE模式阻尼的影响分析 287

9.5.4 BF增补电阻的参数优化设计 288

9.5.5 修正BF的控制效果分析 289

9.6 修正BF的现场试验 292

9.7 托克托电厂BF的工程应用及经验小结 295

参考文献 297

第10章 基于电力电子变流器的次同步阻尼控制方法 298

10.1 技术发展趋势和实际工程背景 298

10.2 GTSDC的原理与构成 300

10.2.1 基本原理 300

10.2.2 GTSDC的构成 301

10.2.3 MSDC的构成 301

10.2.4 CTI的构成 302

10.2.5 GTSDC的技术、经济特点 304

10.2.6 GTSDC与常规STATCOM和有源滤波器的联系 304

10.2.7 GTSDC的关键技术 305

10.3 多模式次同步阻尼控制器（MSDC） 307

10.3.1 MSDC的控制策略 307

10.3.2 模式滤波器设计 307

10.3.3 增益和相位补偿的设计 309

10.3.4 补偿电流计算器 310

10.4 CTI及其控制系统 311

10.4.1 主电路结构 311

10.4.2 CTI主要参数的设计 313

10.4.3 CTI的控制 316

10.5 GTSDC的模型分析 319

10.5.1 建模方法 319

10.5.2 详细电路模型和可控电流源简化模型 320

10.5.3 近似线性化模型 323

10.6 GTSDC提供的电气阻尼分析 323

10.6.1 实际注入机组电流 324

10.6.2 电气阻尼系数的推导 325

10.6.3 相位补偿设计原则 326

10.7 装置研发 327

10.8 上都电厂6号机组GTSDC的试验分析 329

10.8.1 试验工况与主要试验项目 329

10.8.2 GTSDC控制参数的现场整定 330

10.8.3 信号注入激励及提高模式阻尼的测试 331

10.8.4 GTSDC抑制持续激励扭振的试验 335

10.8.5 试验结论 339

10.9 GTSDC对机网系统的影响分析 340

参考文献 340

第11章 次同步谐振的保护 342

11.1 次同步谐振保护的研究与应用情况概述 342

11.2 电厂侧次同步谐振协调保护系统 344

11.2.1 体系结构 344

11.2.2 机组层次的TSR 344

11.2.3 电厂层次的协调机制 348

11.2.4 跳闸逻辑及其定值小结 349

11.2.5 保护系统的特点小结 350

11.3 疲劳寿命损失的在线估计方法 351

11.3.1 相关基本概念 351

11.3.2 方法概述 352

11.3.3 轴系机械扭矩的在线辨识 354

11.3.4 FLoL的在线计算 365

11.4 工程应用 381

11.4.1 保护定值设置 381

11.4.2 一次短路故障的保护响应过程及其分析 382

11.4.3 保护动作过程分析 382

参考文献 384

第12章 次同步谐振的测试 386

12.1 测试技术概述 386

12.2 次同步谐振/扭振的可控激励 387

12.2.1 基本概念与方法综述 387

12.2.2 附加励磁信号注入激励 390

12.2.3 定子侧电流注入激励 395

12.2.4 电网侧操作/扰动激励 398

12.3 机组轴系扭振参数的测试与辨识 399

12.3.1 已有方法小结 399

12.3.2 基于SESI激励的扭振模式频率/阻尼测辨原理 400

12.3.3 测辨流程 401

12.3.4 模式频率的精确定位 402

12.3.5 基于改进DFT算法的模式频率和模式阻尼辨识 403

12.3.6 从总模式阻尼中分离出机械模式阻尼 405

12.3.7 测辨方法在上都电厂的应用 405

12.3.8 测辨方法小结 408

12.4 次同步谐振特性验证与模型校核试验 409

12.4.1 模型分析与现场试验相结合的必要性和重要性 409

12.4.2 特性验证与模型校核试验的一般流程 410

12.4.3 实例之一——托克托电厂 411

12.4.4 实例之二——上都电厂 412

12.5 控制系统的开环测辨、参数核定与验证试验 417

12.5.1 开环测辨 418

12.5.2 控制系统参数核定 419

12.5.3 控制系统的机网（串联电容补偿）联合验证试验 420

参考文献 422

第13章 工程案例——上都串联电容补偿输电系统 424

13.1 上都串联电容补偿输电系统及其SSR问题的演变 424

13.2 工程研发的一般流程 425

13.3 二期工程的SSR分析与控制 427

13.3.1 SSR问题的分析 427

13.3.2 防控方案选择 428

13.3.3 机网联合试验 429

13.3.4 短路故障激发轴系扭振的录波数据分析 437

13.3.5 二期工程SSR防控项目的效益 437

13.4 三期工程的SSR分析与控制 438

13.4.1 系统演变对SSR问题的影响分析 438

13.4.2 增强的防控方案设计 441

13.4.3 机网联合试验 443

13.5 工程经验与展望 448

附录A 上都串联电容补偿输电系统（二期工程）的模型与参数 451

A.1 系统简介 451

A.2 等值系统 451

A.3 发变组模型与参数 452

A.4 汽轮发电机轴系模型与参数 453

A.5 励磁系统模型与参数 455

A.6 汽轮机及其控制系统的模型与参数 458

A.7 上都-承德线串联补偿电容的主要技术参数 461

A.8 SEDC参数 462

参考文献 462

附录B 上都串联电容补偿输电系统（三期工程）的模型与参数 463

B.1 系统简介 463

B.2 等值系统 463

B.3 三期发变组模型与参数 464

B.4 汽轮发电机轴系模型与参数 465

B.5 SEDC参数 467

B.6 其他参数 467

附录C 伊敏电厂3号机轴系模型与参数 468

附录D 锦界串联电容补偿输电系统（二期工程）的模型与参数 470

D.1 系统简介 470

D.2 锦界电厂二期工程的等值系统 470

D.3 发变组模型与参数 472

D.4 汽轮发电机轴系模型与参数 474

D.5 励磁系统模型与参数 476

附录E 托克托串联电容补偿输电系统的模型与参数 478

E.1 等值电网 478

E.2 发变组模型参数 480

E.3 汽轮发电机轴系模型与参数 484

E.4 励磁系统模型与参数 486

E.5 BF参数 488

E.6 串联补偿电容装置的部分技术参数 490