CN103983451A - 次同步振荡系统阻尼的在线测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种次同步振荡系统阻尼的在线测量方法，包括以下步骤：①用传感器采样得到待研究的发电机机组的转子角速度瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；用功率表采样得到发电机机组三相有功功率瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；将上述两个量进行傅里叶分解，得到不同频率下的和

Description

次同步振荡系统阻尼的在线测量方法
技术领域：
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种次同步振荡系统阻尼的在线测量方法。
背景技术：
次同步振荡属于系统的振荡失稳，它是由电力系统中一种特殊的机电耦合作用造成的，其最大的危害是严重的机电耦合作用可能直接导致大型汽轮发电机转子轴系的严重破坏，造成重大事故，危及电力系统的安全运行。
复转矩系数法是一种次同步振荡的分析方法。该方法在次同步频率范围内对轴系机械复转矩系数及电气复转矩系数（转子电磁转矩增量相量和转子角速度增量相量之比）进行频率扫描，根据使机械弹性系数和电气弹性系数之和为零的频率下，净阻尼系数（即机械阻尼系数和电气阻尼系数之和）的正负来判定系统是否会发生次同步振荡。在实际使用时，机械阻尼系数通过现场实验得到，而各频率处的电气阻尼系数则通常由复转矩系数法的时域仿真实现方法求得。
复转矩系数由于使用的是机械转矩增量和电磁转矩增量同发电机转子角位移增量（或转子角速度增量）的关系，而机械转矩增量和电磁转矩增量都无法在现场测量得到，使得复转矩系数法只能用于离线仿真分析，无法用于在线分析系统阻尼情况。考虑到发电机机端功率和电磁转矩的关系，在复转矩系数法里转子电磁转矩增量和转子角速度增量关系的基础上，推导发电机机端功率增量和转子角速度增量的关系，有助于将来通过在线监测机端功率和转子角速度的变化，实时监控系统的电气阻尼，实时掌控系统发生次同步振荡的风险。
发明内容：
鉴于此，有必要设计一种能够通过在线监测得到的机端功率和转子角速度的关系来计算电力系统阻尼的方法。
一种次同步振荡系统阻尼的在线测量方法，包括以下步骤：
步骤一：用传感器采样得到待研究的发电机机组的转子角速度瞬时值，并将其转换为标幺值，记为                                                ；用功率表采样得到发电机机组三相有功功率瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；将上述两个量进行傅里叶分解，得到不同频率下的和。
步骤二：计算不同模态频率下的电气阻尼系数；
发电机机组三相功率P与发电机电磁转矩的关系用下式表示：
                                           （1）
上式中为发电机转子的机械角速度，当其取标幺值时与电气角速度标幺值相同，下文将不予区分；将上式在稳定运行点处线性化，可得                 
                                                                        （2）
假设同步发电机转子的角位移在其平均值附近产生了的偏移，此时相应的发电机角速度增量为，该扰动将分别在机械系统和电气系统中产生机械转矩和电气转矩的变化，小扰动下该发电机机械系统的机械转矩的增量和电气系统的电磁转矩的增量的关系式如下：
                                    （3）
                                       （4）
式中为机械同步转矩;为机械阻尼转矩;和分别为机械同步转矩系数和机械阻尼系数;为电气同步转矩;为电气阻尼转矩;和分别为电气同步转矩系数和电气阻尼系数;和分别为相对于同步旋转坐标系的功率角增量和角速度增量。如上式各量取标么值，则，，，，和的单位是pu，的单位是rad，的单位是pu。
在机械系统中，发电机转子轴段发生小扰动时，整个机械子系统在发电机转子上所形成的等效机械转矩增量，由于这个等效机械转矩增量与电气转矩增量相平衡，即
                                        （5）
联立式（3），（4），（5）可以求得同步发电机转子发生小扰动时，整个系统总的电磁转矩增量为
                 （6）
将式（6）代入式（2）得，
  
                          （7）
同时，和之间的关系为
                                           （8）
式中，为同步转速，t的单位为s。
假定发电机转子做频率为的小值振荡，各量可以用相量来表示，则根据式（8）有  
                                   （9）
而由式（7）得 
                     （10）
从而有
                                       （11）
或
                      （12）
发电机稳定运行时，
                                                                                       （13）
                                          （14）
将式（13）和式（14）代入式（12）得
                           （15）
在发电机次同步振荡各模态频率及其机械模态阻尼系数已知的情况下，按照公式（15）就可以通过发电机机组功率增量和发电机转子角速度增量的关系来求得电气阻尼系数，
                                   （16）
步骤三：根据电气阻尼系数和机械阻尼系数的大小判断系统的次同步振荡情况，对任一模态而言，如果在该模态频率下
                                             （17）
则在该模态频率下，系统会发生次同步振荡或轴系扭振。否则该模态下轴系的次同步振荡和轴系扭振就是稳定的。
优选的，根据步骤三的公式，如果发电机机组在其所有的模态频率下均稳定，那么此时发电机机组轴系的次同步振荡和轴系扭振就是稳定的。
本发明将原来的复转矩系数法使用的转矩增量换成了可以在线测量的发电机机组功率增量，并由公式通过在线监测得到的机端功率和转子角速度，在线计算系统的电气阻尼系数，进而在线监控系统发生次同步振荡的可能性，解决了以往不能实时监控造成的滞后性。
具体实施方式：
一种次同步振荡系统阻尼的在线测量方法，包括以下步骤：
用传感器采样得到待研究的发电机机组的转子角速度瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；用功率表采样得到发电机机组三相有功功率瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；将上述两个量进行傅里叶分解，得到不同频率下的和；
计算不同模态频率下的电气阻尼系数：
对任一模态，其电气阻尼系数可以由式（1）得到，
                                   （1）
式中，和为该模态频率下的发电机机组功率增量和角速度增量，为该模态频率下的机械阻尼系数，一般通过发电机制造厂家的试验测出，为稳态的发电机机组三相功率，上述分量均为标幺值。
根据电气阻尼系数和机械阻尼系数的大小判断系统的次同步振荡情况，对任一模态而言，如果在该模态频率下
                                             （2）
则在该模态频率下，系统会发生次同步振荡或轴系扭振；否则该模态频率下轴系的次同步振荡和轴系扭振就是稳定的。
在本实施方式中，根据步骤的公式，如果发电机机组在其所有的模态频率下均稳定，那么此时发电机机组轴系的次同步振荡和轴系扭振就是稳定的。

Claims (2)

1.一种次同步振荡系统阻尼的在线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
用传感器采样得到待研究的发电机机组的转子角速度瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；用功率表采样得到发电机机组三相有功功率瞬时值，并将其转换为标幺值，记为；将上述两个量进行傅里叶分解，得到不同频率下的和；
计算不同模态频率下的电气阻尼系数：
对任一模态，其电气阻尼系数可以由式（1）得到，
                                   （1）
式中，和为该模态频率下的发电机机组功率增量和角速度增量，为该模态频率下的机械阻尼系数，为稳态的发电机机组三相功率，上述分量均为标幺值；
根据电气阻尼系数和机械阻尼系数的大小判断系统的次同步振荡情况，对任一模态而言，如果在该模态频率下
                                             （2）
则在该模态频率下，系统会发生次同步振荡或轴系扭振；否则该模态频率下轴系的次同步振荡和轴系扭振就是稳定的。
2.如权利要求1所述的次同步振荡系统阻尼的在线测量方法，其特征在于：根据步骤的公式，如果发电机机组在其所有的模态频率下均稳定，那么此时发电机机组轴系的次同步振荡和轴系扭振就是稳定的。
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