CN104638675A - 发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法 - Google Patents

Abstract

一种发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法。该方法是通过在机端次同步阻尼控制器输出幅值和频率可控的次同步频率和互补超同步频率电流，注入实际运行的发电机机端，从而对发电机组的轴系进行各个模式的激励；通过对发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及发电机机端的电流i_a,b,c实时录波，实现机端次同步阻尼控制的参数整定。该整定方法能够用来根据现场的运行实际情况辨识出适合具体机组控制的机端次同步阻尼控制器的运行参数，从而实现对发电机组各个次同步频率下谐振的抑制，保障机组的安全稳定运行。

Description

发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法

技术领域

本发明属于电力系统稳定与控制技术领域，具体涉及采用机端激励方式的发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，为机端次同步阻尼控制器整定出适合实际工程应用的一套可靠参数。

背景技术

随着远距离大容量输电的需求上升，特别是大型煤电基地由于远离负荷中心，大多采用远距离厂对网输电模式，为了提高输送容量和系统稳定性，越来越多地采用固定串联电容补偿(FSC)、高压直流输电(HVDC)和一些基于电力电子技术的高速控制装置。然而，这些装置在一定条件下可能引发次同步谐振(SSR)或振荡(SSO)问题。轻微的SSR/SSO会降低汽轮发电机轴系寿命，严重的SSR/SSO可导致汽轮发电机轴系断裂，威胁机组和电力系统的安全稳定运行。

在解决SSR/SSO问题上，目前存在多种解决方法，主要包括：基于晶闸管电力电子器件的SVC解决方法；基于励磁系统的附加励磁阻尼控制解决方法以及阻塞滤波器进行滤波的解决方法等，并且都已经在国内有使用的案例。而基于静止同步补偿器(STATCOM)设计原理的新型电力电子器件的解决方案具有技术的先进性、性价比较高、谐波特性比较好以及容量扩展很方便等特点，其工程化应用方案的研究越来越被人们所重视。

基于STATCOM原型设计的机端次同步阻尼控制器通过在发电机机端进行对称电流补偿，来达到抑制次同步谐振的目的，而抑制次同步谐振的效果和控制器的参数密切相关，一套能够工程化使用的参数整定系统和方法对于STATCOM的工程化应用至关重要。依据STATCOM的控制系统和控制原理，涉及需要整定的参数比较多，也相对比较复杂。有一些参数的整定需要考虑两个原则：1、整定出参数具有适应性原则，需要能够兼顾各种扰动情况的抑制需要；2、可操行原则，参数的整定方法的设计需要能够结合不同的现场在现有的常规监测和设备上通过分析得到，并且要便于整定。

本发明所设计的采用机端激励方式的发电机机端次同步阻尼控制装置的参数整定方法，通过控制机端次同步阻尼控制装置上侧控制器的激励模式和正常模式输出的切换，实现不同扰动下机组扭振特性的数据采集，进行同一时标下相位特性和增益特性的计算分析，从而实现机端次同步阻尼控制装置增益和相位参数的整定。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，以解决机端次同步阻尼控制器的工程化应用问题。

机端次同步阻尼控制器由上侧控制器、电力电子功率单元组成，上侧控制器采集发电机组的轴系转速脉冲信号、发电机机端三相电压、机端三相电流信号、电力电子功率单元输出的三相电流信号，通过对转速脉冲信号的解调滤波处理，获取轴系转速差信号中的各个模态实时信号dω_i；模态实时信号dω_i再经过比例移相环节，形成各个模态转子侧的控制量、比例移相环节的控制增益系数K_i和转子侧移相参数T_i；机端次同步阻尼控制器最终是要输出定子侧的补偿电流在发电机机端进行控制，因此通过机端三相电压的获取，对同步系统的电气角度θ进行锁相跟踪，同时通过对控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc和发电机机端的电流i_a,b,c实时录波进行相位比较，获取定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i，基于电气角度θ和偏差相位参数σ_i，实现各个模态转子侧控制量到定子侧的转换；各个模态定子侧控制量进行线性叠加，形成控制指令通过光纤传输给电力电子功率单元，电力电子功率单元按照指令，生成功率电流输出。机端次同步阻尼控制器的上侧控制器分为两种工作模式：一种是激励方式，在此方式下，可以通过设置参数，上侧控制器下发整定参数需要的不同波形指令，因为转子侧的单一模态频率信号对应到定子侧有基于工频频率互补的两个信号，为了整定参数的方便，上侧控制器可以通过设置选择定子侧输出是单一频率信号还是双频率信号；一种是正常方式，在此方式下，上侧控制器参与闭环控制，依据采集到的转速差信号进行实时的控制输出。

本发明具体采用以下技术方案：

一种发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，机端次同步阻尼控制器通过在机端进行次同步电流补偿实现次同步振荡的抑制，机端次同步阻尼控制器闭环控制需要整定的参数包括控制增益系数K_i、转子侧移相参数T_i以及定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i，其特征在于：

通过在机端次同步阻尼控制器输出幅值和频率可控的次同步频率和互补超同步频率电流，注入实际运行的发电机机端，从而对发电机组的轴系进行各个模式的激励；通过对发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、机端次同步阻尼控制器输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及发电机机端的电流i_a,b,c实时录波，实现机端次同步阻尼控制的参数整定。

本发明公开的一种发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)发电机并网运行时，采集发电机的转速脉冲信号、发电机机端三相电压、三相电流信号，以及电力电子功率单元输出的三相电流信号，并将上述各采集信号输入至发电机机端次同步阻尼控制器的上侧控制器；

(2)在机端次同步阻尼控制器的上侧控制器中设置标准正弦信号生成模块、滤波闭环增益移相控制模块、定转子坐标变换模块、单一频率输出控制模块和双频率输出控制模块，其中，标准正弦信号生成模块和滤波闭环增益移相控制模块为并列的可以切换选择两个模块，单一频率输出控制模块和双频率输出控制模块为并列的可以切换选择两个模块；所述标准正弦信号生成模块或滤波闭环增益移相控制模块的输出端与定转子坐标变换模块的输入端相连，所述定转子坐标变换模块的输出端与单一频率输出控制模块或双频率输出控制模块的输入端相连；

所述滤波闭环增益移相控制模块中增益移相控制传递函数为：其中，增益控制系数K_i和移相环节时间常数T_i是需要整定的参数；

所述定转子坐标变换模块的变换矩阵为3×1的坐标变换矩阵：

$\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\σ}}_i)\\ \cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3+{\mathrm{\σ}}_i)\\ \cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3+{\mathrm{\σ}}_i)\end{array}\right],$

其中，θ为系统电气角度，σ_i为需要整定的定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数；

(3)在上侧控制器中，通过切换，使标准正弦信号生成模块以及单一频率输出控制模块投入工作，将发电机转速差信号经过滤波闭环增益移相控制模块中模态滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c接入录波装置在同一坐标系下进行实时录波，控制标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号即激励信号的幅值、频率以及激励时间，频率按照已测的机组轴系次同步固有振荡模式频率进行设置，激励时间设置30s～50s，此时设置定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i＝0；

(4)对比机端次同步阻尼控制装置输出的补偿电流i_ca,cb,cc和注入发电机的次同步/超同步电流的实时曲线，获取注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度则定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数为统一规定流出发电机方向为正方向，次同步/超同步电流i_a,b,c流入阻尼升压变压器方向为正方向，其中是指注入发电机的次同步补偿电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度，是指注入发电机的超同步补偿电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度；

(5)保持标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号即激励信号幅值、频率以及持续时间不变，切换至双频率输出控制模块，基于定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数σ'_i，分别做σ'_i±15°、σ'_i±30°以及σ'_i±45°试验，即在同一幅值激励信号条件下，比较偏差相位参数为σ'_i、σ'_i±15°、σ'_i±30°以及σ'_i±45°7组试验所激励起来的发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i幅值，选取幅值最大的dω_i所对应的偏差相位参数即为整定的偏差相位参数σ_i；

(6)基于最终确定的偏差相位参数σ_i，在步骤(5)的条件下，设置增益控制系数初值为1，移相环节时间常数T_i＝0，再做一次激励试验，确定滤波闭环增益移相控制模块中增益移相控制传递函数的理论增益控制系数K'_i，所述理论增益控制系数K'_i通过比较发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的峰值和控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc峰值得到，K'_i＝A₄/A₃*m_i

其中，dω_i的峰值为A₃，双频率输出控制模块输出的补偿电流峰值为A₄，则K'_i＝A₄/A₃*m_i，其中m_i为调整系数，取值范围在：1～1.2之间；

(7)基于最终确定的偏差相位参数σ和理论增益控制系数K'_i，在步骤(5)的条件下，再做一次激励试验，把标准正弦信号和发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的相位进行比较，确定出dω_i超前标准正弦信号的角度β'_i，从而确定出需要理论移相环节时间常数T'_i：

${T^{\′}}_i=\tan \left(\frac{\mathrm{\π}+{{\mathrm{\β}}^{\′}}_i}{4}\right)/(2*\mathrm{pi}*f);$

(8)在保持步骤(5)标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号即激励信号的幅值、频率的条件下，固定通过双频率输出控制模块输出，保持激励信号20s，然后切换到闭环增益移相控制30s，基于标准正弦信号β'_i角度，分别做β'_i、β'_i±15°、β'_i±30°以及β'_i±45°试验，通过观察在基于这7个角度整定的理论移相环节时间常数条件下的所述模态扭振信号dω_i在激励结束后的衰减系数，来确定最佳的标准正弦信号角度β_i，继而确定最终整定的移相环节时间常数T_i，在对于衰减速率的判断上，先求出dω_i实时曲线的幅值包络线，然后对包络线取对数，进行直线拟合求出衰减系数即直线的斜率，衰减系数最小对应的角度即确定最佳的角度β_i，通过公式确定最终整定的移相环节时间常数T_i；

(9)基于步骤(6)所确定的理论增益控制系数K'_i，对K'_i进行修正调整，从而确定整定的增益控制系数K_i，假设在发电机组n种典型运行工况下的所选取的增益控制系数K'_i分别为K'_i1,K'_i2,...,K'_in，则最终整定的增益控制系数K_i选取max(K'_i1,K'_i2,...,K'_in)和步骤(6)所确定的试验工况下的理论增益控制系数K'_i二者中的最小值；

(10)基于整定的增益控制系数K_i、移相环节时间常数T_i以及偏差相位参数σ_i，在步骤(8)的激励条件下，再做一次激励再投闭环抑制试验，即保持激励信号20s，然后切换到闭环增益移相控制30s，观察所述模态扭振信号dω_i在激励结束后的衰减系数，如果和步骤(8)中确定的衰减系数一致或者更比步骤(8)中确定的衰减系数小，则参数整定结束，否则需要重新进行(8)～(10)步骤再次整定移相环节时间常数T_i、增益控制系数K_i，直到大于步骤(8)中确定的衰减系数为止。

进一步，在步骤(2)中，当机端次同步阻尼控制装置上侧控制器切换至激励方式时，标准正弦信号生成模块投入工作，其输出信号接入定转子坐标变换模块，定转子坐标变换模块的输出信号接入单一频率输出和双频率输出控制模块，按照上侧控制器的设置，单一频率输出和双频率输出控制模块输出单一频率控制信号或者双频率控制信号要给电力电子功率单元；

当机端次同步阻尼控制装置上侧控制器切换至正常方式时，滤波闭环增益移相控制模块投入工作，其输入信号来自发电机的转速脉冲信号，输出信号接入定转子坐标变换模块，定转子坐标变换模块的输出信号接入单一频率输出和双频率输出控制模块，按照上侧控制器的设置，单一频率输出控制模块和双频率输出控制模块输出单一频率控制信号或者双频率控制信号要给电力电子功率单元。

所述标准正弦信号生成模块输出的激励信号幅值、频率以及持续时间可以控制，幅值的变化范围在1％～100％pu.，频率的变化范围在10Hz～40Hz。

单一频率输出和双频率输出控制模块中，采用巴特沃斯滤波器带阻滤波器进行处理，如果单一频率输出，则巴特沃斯滤波器带阻滤波器的阻带中心频率为定转子坐标变换模块输出信号中共存的另一频率；如果双频率输出，则不做滤波处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明首次提出了基于发电机机端激励方式的机端次同步阻尼控制器参数整定方法，相对于工程技术上使用的甩负荷扰动方法来说，不影响机组的正常运行，对系统的要求比较低，简单可靠，经济性好，是一种能够便于工程实施的先进整定控制方法。

附图说明

图1机端次同步阻尼控制装置结构框图；

图2为本发明发电机机端次同步阻尼控制装置参数整定方法的流程示意图；

图3输出的补偿电流和注入发电机的次同步电流实时曲线对比图；

图4输出的补偿电流和注入发电机的超同步电流实时曲线对比图；

图5衰减率拟合曲线图；

图6最终验证效果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案的具体实施作进一步详细说明。

机端次同步阻尼控制器由上侧控制器、电力电子功率单元组成，上侧控制器采集发电机组的轴系转速脉冲信号、发电机机端三相电压、机端三相电流信号、电力电子功率单元输出的三相电流信号，通过对转速脉冲信号的解调滤波处理，获取轴系转速差信号中的各个模态实时信号dω_i；模态实时信号dω_i再经过比例移相环节，形成各个模态转子侧的控制量，比例移相环节的控制增益系数K_i和转子侧移相参数T_i；机端次同步阻尼控制器最终是要输出定子侧的补偿电流在发电机机端进行控制，因此通过机端三相电压的获取，对同步系统的电气角度θ进行锁相跟踪，同时通过对控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc和发电机机端的电流i_a,b,c实时录波进行相位比较，获取定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i，基于电气角度θ和偏差相位参数σ_i，实现各个模态转子侧控制量到定子侧的转换；各个模态定子侧控制量进行线性叠加，形成控制指令通过光纤传输给电力电子功率单元，电力电子功率单元按照指令，生成功率电流输出。机端次同步阻尼控制器的上侧控制器分为两种工作模式：一种是激励方式，在此方式下，可以通过设置参数，上侧控制器下发整定参数需要的不同波形指令，从而形成不同的扰动信号，通过分析扰动信号来初步确定参数；一种是正常方式，在此方式下，上侧控制器参与闭环控制，依据采集到的转速差信号进行实时的控制输出，同时在参数整定试验过程中和激励方式之间快速切换实现基于初步确定参数基础上的最优参数整定。

本发明设计的参数整定方法通过在发电机机端注入激励电流，对各个控制输入量以及控制中间量进行输出比较，最终确定比例移相环节的控制增益系数K_i、转子侧移相参数T_i以及定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i适合工程应用的参数，参数整定框图如图1所示，上侧控制器采集发电机转子的转速脉冲信号，将所述转速脉冲信号输入滤波增益移相控制模块，标准正弦信号生成模块和滤波闭环增益移相控制模块为并列的两个模块，在试验时通过快速切换实现模块功能的投入退出。这两个模块的输出都接入定转子坐标变换模块，定转子坐标变换模块的输出接入单一频率和双频率输出控制模块，最终形成控制指令经过光纤发送给电力电子功率单元实现大电流输出，再经过阻尼升压变压器接入发电机机端。

如附图2所示为本发明公开的发电机机端次同步阻尼控制装置参数整定方法的流程示意图，本发明的发电机机端次同步阻尼控制装置参数整定方法包括以下步骤：

(1)发电机并网运行时，采集发电机的转速脉冲信号、发电机机端三相电压、三相电流信号，以及电力电子功率单元输出的三相电流信号，并将上述各采集信号输入至发电机机端次同步阻尼控制器的上侧控制器；

(2)在机端次同步阻尼控制器的上侧控制器中实现支持偏差相位参数σ_i、移相环节时间常数T_i以及增益控制系数K_i整定的功能模块，功能模块包括标准正弦信号生成模块、滤波闭环增益移相控制模块、定转子坐标变换模块、单一频率输出和双频率输出控制模块。标准正弦信号生成模块和滤波闭环增益移相控制模块为并列的两个模块，当机端次同步阻尼控制装置上侧控制器切换至激励方式时，标准正弦信号生成模块投入工作，其输出信号接入定转子坐标变换模块，定转子坐标变换模块的输出信号接入单一频率输出和双频率输出控制模块，按照上侧控制器的设置，单一频率输出和双频率输出控制模块输出单一频率控制信号或者双频率控制信号要给电力电子功率单元。当机端次同步阻尼控制装置上侧控制器切换至正常方式时，滤波闭环增益移相控制模块投入工作，其输入信号来自对发电机的转速脉冲信号，输出信号接入定转子坐标变换模块。1)标准正弦信号生成模块幅值、频率以及持续时间可以控制，幅值的变化范围在1％～100％pu.频率的变化范围在10Hz～40Hz，信号的生成采用查表方式获取，通过二次多项式拟合实现信号的频率精度在0.01Hz以内；2)滤波闭环增益移相控制模块中增益移相控制传递函数为：其中，增益控制系数K_i和移相环节时间常数T_i是需要整定的参数。滤波器采用标准巴特沃斯带通滤波器。3)定转子坐标变换模块的变换矩阵为3×1的坐标变换矩阵：

$\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\σ}}_i)\\ \cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3+{\mathrm{\σ}}_i)\\ \cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3+{\mathrm{\σ}}_i)\end{array}\right],$ θ锁相获取的为系统电气角度，σ_i为需要整定的偏差相位参数。4)单一频率输出和双频率输出控制模块中，采用巴特沃斯滤波器带阻滤波器进行处理，如果单一频率输出，则巴特沃斯滤波器带阻滤波器的阻带中心频率为定转子坐标变换模块输出信号中共存的另一频率；如果双频率输出，则不做滤波处理。

在所有功能模块中回路切换对电力电子功率控制的冲击进行最小化设计，实时比较切换现有工作回路以及目标回路信号信号幅值和相位，把切换过程控制在控制成一个平滑的过程，假设目标回路的信号幅值为A₁,现有工作回路的信号幅值为A₂，平滑时间为T,则切换后输出信号按照(A₁-A₂)/T的步长变化；

(3)切换至标准正弦信号生成模块以及单一频率输出控制模块，发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c接入录波装置在同一坐标系下进行实时录波，控制标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号的幅值、频率以及激励时间，频率按照已测的机组轴系次同步固有振荡模式频率进行设置，激励时间设置30s～50s，此时设置定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i＝0。

(4)对比机端次同步阻尼控制装置输出的补偿电流i_ca,cb,cc和注入发电机的次同步/超同步电流实时曲线，获取注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度则定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数统一规定流出发电机方向为正方向，次同步/超同步电流i_a,b,c流入阻尼升压变压器方向为正方向；

(5)保持激励信号幅值、频率以及持续时间不变，切换至双频率输出回路，基于定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数σ'_i，分别做σ'_i±15°、σ'_i±30°以及σ'_i±45°试验，同一幅值激励信号条件下，比较偏差相位参数为σ'_i、σ'_i±15°、σ'_i±30°以及σ'_i±45°7组试验所激励起来的发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i幅值，选取幅值最大的dω_i所对应的偏差相位参数即为整定的偏差相位参数σ_i；

(6)基于最终确定的偏差相位参数σ_i，在步骤(5)的条件下，设置K'_i＝1，转子侧移相参数T_i＝0，再做一次激励试验，确定滤波闭环增益移相控制模块中增益移相控制传递函数的理论增益控制系数K'_i，所述理论增益控制系数K'_i通过比较发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的峰值和控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc峰值得到，K'_i＝A₄/A₃*m_i

其中，dω_i的峰值为A₃，输出双频率电流峰值为A₄，则K'_i＝A₄/A₃*m_i，其中m_i为调整系数，取值范围在：1～1.2之间；

(7)基于最终确定的偏差相位参数σ和理论增益控制系数K'_i，在步骤(5)的条件下，再做一次激励试验，把标准正弦信号和发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的相位进行比较，确定出dω_i超前标准正弦信号的角度β'_i，从而确定出需要理论移相环节时间常数T'_i：

${T^{\′}}_i=\tan \left(\frac{\mathrm{\π}+{{\mathrm{\β}}^{\′}}_i}{4}\right)/(2*\mathrm{pi}*f);$

(8)在保持步骤(5)激励信号幅值、频率的条件下，固定互补双频输出，保持激励信号20s，然后切换到闭环增益移相控制30s，基于β'_i角度，分别做β'_i、β'_i±15°、β'_i±30°以及β'_i±45°试验，通过观察基于这7个角度整定的移相环节时间常数的dω_i在激励结束后的衰减系数，来确定最佳的角度β_i，继而确定最终整定的移相环节时间常数T_i，在对于衰减速率的判断上，先求出dω_i实时曲线的幅值包络线，然后对包络线取对数，进行直线拟合求出衰减系数即直线的斜率，衰减系数最小对应的角度即确定最佳的角度β_i，通过公式确定最终整定的移相环节时间常数T_i；

(9)基于步骤(6)所确定的理论增益控制系数K'_i，对K'_i进行修正调整，从而确定整定的增益控制系数K_i，假设在发电机组n种典型运行工况下的所选取的增益控制系数K'_i分别为K'_i1,K'_i2,...,K'_in，则最终整定的增益控制系数K_i选取max(K'_i1,K'_i2,...,K'_in)和步骤(6)所确定的试验工况下的理论增益控制系数K'_i二者中的最小值；

(10)基于整定的增益控制系数K_i、移相环节时间常数T_i以及偏差相位参数σ_i，在步骤(8)的激励条件下，再做一次激励再投闭环抑制试验，观察dω_i在激励结束后的衰减系数，如果和步骤(8)中确定的衰减系数一致或者更小，则参数整定结束，否则需要重新进行(8)～(10)步骤。

下面结合某点对网送出系统电厂的#2机组的实施例介绍本发明技术方案，本实施例的发电机机端次同步阻尼控制装置参数整定方法包括以下步骤：

步骤1：控制输入信号的接入以及整定工况的确定

在某点对网送出系统中，以电厂的#2机组为例，把发电机的转速脉冲信号、发电机机端三相电压、三相电流信号，电力电子功率单元输出三相电压、输出三相电流接入上侧控制器，发电机并网运行，机组出力稳定，无扰动时转速脉冲是6.7kHz，发电机机端线电压的额定电压是22kV，电力电子功率单元输出额定线电压是10kV，输出电流的相电流的峰值为816A,发电机的额定出力为660MW,试验时维持500MW保持稳定；

步骤2：在机端次同步阻尼控制器中实现整定功能模块，包括标准正弦信号生成模块、滤波闭环增益移相控制环节、定转子坐标变换环节、单一频率输出和双频率输出控制环节，通过软件控制实现标准正弦信号生成模块与闭环增益移相控制环节之间的切换，单一频率输出与双频率输出控制环节之间的切换

1)标准正弦信号生成模块幅值、频率以及持续时间可以控制，幅值的变化范围在1％～100％pu.频率的变化范围在10Hz～40Hz，信号的生成采用查表方式获取，按照步长为0.1°的余弦建表，对于不在表内的余弦值采用直线拟合的方式实现信号的频率精度在0.01Hz以内，输出信号的频率为27Hz，刷新频率为1KHz，则输出信号为Acos(27t/1000)，A为信号的幅值，t为时间，按照刷新频率递增变化。

2)滤波闭环增益移相控制环节中增益移相控制传递函数为：整定之前令K_i＝1,T_i＝0。

滤波器采用巴特沃斯滤波器进行设计，滤波器的中心频率点27Hz，滤波器的表达式为：

$F_i=\frac{N\left(z\right)}{D\left(z\right)}$

其中N(z)，D(z)为算子z的多项式，即：

N(z)＝b_mz^m+b_m-1z^(m-1)+...+b₁z+b₀；

D(z)＝a_mz^m+a_m-1z^(m-1)+...+a₁z+a₀；

其中b系数数组为：

[10.5811141289120e-003，-71.8451679981765e-003，199.556371100672e-003，-271.311026351323e-003，127.721330104613e-003，142.621058250939e-003，-271.423985741603e-003，191.059425476604e-003，-66.4348295925944e-003，9.47571062195649e-003]；

a系数数组为：

[1.00000000000000e+000，-8.61515248621829e+000，33.0926247863409e+000，-74.3786017596014e+000，107.784935071888e+000，-104.424927343332e+000，67.6293019730229e+000,-28.2294833608124e+000,6.89055375686712e+000,-749.250432044181e-003]；

3)单一频率输出和双频率输出控制模块中，采用巴特沃斯滤波器带阻滤波器进行处理，如果单一频率输出，则巴特沃斯滤波器带阻滤波器的阻带中心频率为定转子坐标变换模块输出信号中共存的另一频率。以滤波器的中心频率点50+27＝77Hz为例，滤波器的表达式为：

$F_i=\frac{N\left(z\right)}{D\left(z\right)}$

其中N(z)，D(z)为算子z的多项式，即：

N(z)＝b_mz^m+b_m-1z^(m-1)+...+b₁z+b₀；

D(z)＝a_mz^m+a_m-1z^(m-1)+...+a₁z+a₀；

其中b系数数组为：

[0.175451166653249e+000,-1.383349832465508e+000,4.791905640103809e+000,-9.524678480165612e+000,11.881343098597188e+000,-9.524678480165617e+000,4.791905640103816e+000,-1.38334983246551e+000,0.175451166653250e+000]；

a系数数组为：

[1.000000000000000e+000,-7.860536584881026e+000,27.137255778397854e+000,-53.741015619702765e+000,66.769625493723623e+000,-53.294383898791693e+000,26.688065790825807e+000,-7.666179772506017e+000,0.967169300850302e+000]；

回路切换时，时间需要快速，在本实现中200us实现切换；

回路切换冲击对电力电子功率控制的冲击最小化设计，实时比较切换现有工作回路以及目标回路信号信号幅值和相位，把切换过程控制在控制成一个平滑的过程，例如目标回路的信号幅值为0.4p.u.，现有工作回路的信号幅值为0.1p.u.，平滑时间为1s，本实现中以100ms为时间步长，则切换后输出信号幅值按照(0.4-0.1)/10的步长变化。

步骤3：切换至标准正弦生成回路以及单一频率输出回路，发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c接入录波装置在同一坐标系下进行实时录波，控制正弦信号的幅值、频率以及激励时间，在本实现中正弦信号的幅值为0.1p.u.,频率为27Hz，激励时间为30s。

步骤4：定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数的确定

对比控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc和注入发电机的次同步/超同步电流实时曲线，如图3和图4所示，在本实现中，曲线的输出刷新频率为1kHz，次同步频率信号为50-27＝23Hz，超同步信号频率为50+27＝77Hz，分别获取注入发电机的次同步电流超前控制输出的次同步电流补偿电流角度和注入发电机的次同步电流超前控制输出的次同步电流补偿电流角度在本实例中，则定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数此时需要接入发电机机端电流和补偿电流的方向问题，统一规定流出发电机方向为正方向，流入变压器方向为正方向；

步骤5：定子侧次同步、超同步信号偏差相位整定参数的确定

保持激励信号幅值、频率以及持续时间不变，切换至双频率输出回路，基于定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数σ'_i＝117.2321°，分别做117.2321°±15°、117.2321°±30°以及117.2321°±45°试验，同一幅值激励信号条件下，比较偏差相位参数为117.2321°、117.2321°±15°、117.2321°±30°以及117.2321°±45°7组试验所激励起来的发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i幅值，选取幅值最大的dω_i所对应的偏差相位参数即为整定的偏差相位参数σ_i；

步骤6：确定理论增益控制系数K′_i

基于最终确定的偏差相位参数σ_i，在步骤5的条件下，再做一次激励试验，比较发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的峰值和输出双频率电流峰值，dω_i的峰值为0.0006p.u.，输出双频率电流峰值为0.4p.u.，调整系数取1.2，则K'_i＝0.4/0.0006*1.2＝800；

步骤7：确定理论移相环节时间常数T'_i

基于最终确定的偏差相位参数σ和理论增益控制系数K'_i，在步骤5的条件下，再做一次激励试验，把标准正弦信号和发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的相位进行比较，得到dω_i超前标准正弦信号的角度β'_i＝-63°，从而确定出需要理论移相环节时间常数T'_i， ${T^{\′}}_i=\tan \left(\frac{\mathrm{\π}+{\mathrm{\β}}_i}{4}\right)/2*\mathrm{pi}*27=0.0033;$

步骤8：确定最终整定的移相环节时间T_i

进行切换控制设置，在保持步骤5激励信号幅值、频率的条件下，固定互补双频输出，设置激励20s，切换到闭环增益移相控制30s，基于β'_i＝-63°，分别做-63°、-63°±15°、-63°±30°以及-63°±45°试验，通过观察基于这7个角度整定的移相环节时间常数的dω_i在激励结束后的衰减速率，衰减率的拟合曲线如图5所示：

最终获得的衰减速率如下表所示：

根据衰减率的大小，最终选取移相环节时间T_i＝0.0031；

步骤9：本实例选取10种典型运行工况下的K'_i分别为800、650、730、900、1000、850、870、880、780、810，则最终整定的增益控制系数K_i＝1000；

步骤10：根据整定后的参数在步骤(8)的试验条件下，再做一次激励试验，对整定参数进行验证，验证效果如图6所示，实线曲线是不投闭环控制，在激励结束后机组扭振信号自由衰减的趋势，虚线时在激励结束后，立即投入闭环控制，机组扭振信号信号快速衰减的趋势，通过比较可以看出，整定的参数能够对机组扭振信号起到很好的抑制效果。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，机端次同步阻尼控制器通过在机端进行次同步电流补偿实现次同步振荡的抑制，机端次同步阻尼控制器闭环控制需要整定的参数包括控制增益系数K_i、转子侧移相参数T_i以及定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i，其特征在于：

通过在机端次同步阻尼控制器输出幅值和频率可控的次同步频率/超同步电流，注入实际运行的发电机机端，从而对发电机组的轴系进行各个模式的激励；通过对发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、机端次同步阻尼控制器输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及发电机机端的电流i_a,b,c实时录波，实现机端次同步阻尼控制的参数整定。

2.一种发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)发电机并网运行时，采集发电机的转速脉冲信号、发电机机端三相电压、三相电流信号，以及电力电子功率单元输出的三相电流信号，并将上述各采集信号输入至发电机机端次同步阻尼控制器的上侧控制器；

(2)在机端次同步阻尼控制器的上侧控制器中设置标准正弦信号生成模块、滤波闭环增益移相控制模块、定转子坐标变换模块、单一频率输出控制模块和双频率输出控制模块，其中，标准正弦信号生成模块和滤波闭环增益移相控制模块为并列的可以切换选择两个模块，单一频率输出控制模块和双频率输出控制模块为并列的可以切换选择两个模块；所述标准正弦信号生成模块或滤波闭环增益移相控制模块的输出端与定转子坐标变换模块的输入端相连，所述定转子坐标变换模块的输出端与单一频率输出控制模块或双频率输出控制模块的输入端相连；

所述滤波闭环增益移相控制模块中增益移相控制传递函数为：其中，增益控制系数K_i和移相环节时间常数T_i是需要整定的参数；

所述定转子坐标变换模块的变换矩阵为3×1的坐标变换矩阵：

$\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\σ}}_i)\\ \cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3+{\mathrm{\σ}}_i)\\ \cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3+{\mathrm{\σ}}_i)\end{array}\right]$

其中，θ为系统电气角度，σ_i为需要整定的定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数；

(3)在上侧控制器中，通过切换，使标准正弦信号生成模块以及单一频率输出控制模块投入工作，将发电机转速差信号经过滤波闭环增益移相控制模块中模态滤波后的模态扭振信号dω_i、系统电气角度θ、机端次同步阻尼控制器输出的补偿电流i_ca,cb,cc以及注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c接入录波装置在同一坐标系下进行实时录波，控制标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号即激励信号的幅值、频率以及激励时间，频率按照已测的机组轴系次同步固有振荡模式频率进行设置，激励时间设置30s～50s，此时设置定子侧次同步、超同步信号偏差相位参数σ_i＝0；

(4)对比机端次同步阻尼控制装置输出的补偿电流i_ca,cb,cc和注入发电机的次同步/超同步电流的实时曲线，获取注入发电机的次同步/超同步电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度则定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数为统一规定流出发电机方向为正方向，次同步/超同步电流i_a,b,c流入阻尼升压变压器方向为正方向，其中是指注入发电机的次同步补偿电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度，是指注入发电机的超同步补偿电流i_a,b,c超前控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc的角度；

(5)保持标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号即激励信号幅值、频率以及持续时间不变，切换至双频率输出控制模块，基于定子侧次同步、超同步信号偏差相位理论参数σ'_i，分别做σ'_i±15°、σ'_i±30°以及σ'_i±45°试验，即在同一幅值激励信号条件下，比较偏差相位参数为σ'_i、σ'_i±15°、σ'_i±30°以及σ'_i±45°7组试验所激励起来的发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i幅值，选取幅值最大的dω_i所对应的偏差相位参数即为整定的偏差相位参数σ_i；

(6)基于最终确定的偏差相位参数σ_i，在步骤(5)的条件下，设置增益控制系数初值为1，移相环节时间常数T_i＝0，再做一次激励试验，确定滤波闭环增益移相控制模块中增益移相控制传递函数的理论增益控制系数K'_i，所述理论增益控制系数K'_i通过比较发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的峰值和控制输出的补偿电流i_ca,cb,cc峰值得到，K'_i＝A₄/A₃*m_i

其中，dω_i的峰值为A₃，双频率输出控制模块输出的补偿电流峰值为A₄，则K'_i＝A₄/A₃*m_i，其中m_i为调整系数，取值范围在：1～1.2之间；

(7)基于最终确定的偏差相位参数σ和理论增益控制系数K'_i，在步骤(5)的条件下，再做一次激励试验，把标准正弦信号和发电机转速差信号模态频率分离滤波后的模态扭振信号dω_i的相位进行比较，确定出dω_i超前标准正弦信号的角度β'_i，从而确定出需要理论移相环节时间常数T'_i：

${T^{\′}}_i=\tan \left(\frac{\mathrm{\π}+{{\mathrm{\β}}^{\′}}_i}{4}\right)/(2*\mathrm{pi}*f);$

(8)在保持步骤(5)标准正弦信号生成模块输出的标准正弦信号即激励信号的幅值、频率的条件下，固定通过双频率输出控制模块输出，保持激励信号20s，然后切换到滤波闭环增益移相控制模块30s，基于标准正弦信号β'_i角度，分别做β'_i、β'_i±15°、β'_i±30°以及β'_i±45°试验，通过观察在基于这7个角度整定的理论移相环节时间常数条件下的所述模态扭振信号dω_i在激励结束后的衰减系数，来确定最佳的标准正弦信号角度β_i，继而确定最终整定的移相环节时间常数T_i，在对于衰减速率的判断上，先求出dω_i实时曲线的幅值包络线，然后对包络线取对数，进行直线拟合求出衰减系数即直线的斜率，衰减系数最小对应的角度即确定最佳的角度β_i，通过公式确定最终整定的移相环节时间常数T_i；

(9)基于步骤(6)所确定的理论增益控制系数K'_i，对K'_i进行修正调整，从而确定整定的增益控制系数K_i，假设在发电机组n种典型运行工况下的所选取的增益控制系数K'_i分别为K'_i1,K'_i2,...,K'_in，则最终整定的增益控制系数K_i选取max(K'_i1,K'_i2,...,K'_in)和步骤(6)所确定的试验工况下的理论增益控制系数K'_i二者中的最小值；

(10)基于整定的增益控制系数K_i、移相环节时间常数T_i以及偏差相位参数σ_i，在步骤(8)的激励条件下，再做一次激励再投闭环抑制试验，即保持激励信号20s，然后切换到闭环增益移相控制30s，观察所述模态扭振信号dω_i在激励结束后的衰减系数，如果和步骤(8)中确定的衰减系数一致或者更比步骤(8)中确定的衰减系数小，则参数整定结束，否则需要重新进行(8)～(10)步骤再次整定移相环节时间常数T_i、增益控制系数K_i，直到大于步骤(8)中确定的衰减系数为止。

3.根据权利要求2所述的发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，其特征在于：

在步骤(2)中，当机端次同步阻尼控制装置上侧控制器切换至激励方式时，标准正弦信号生成模块投入工作，其输出信号接入定转子坐标变换模块，定转子坐标变换模块的输出信号接入单一频率输出和双频率输出控制模块，按照上侧控制器的设置，单一频率输出和双频率输出控制模块输出单一频率控制信号或者双频率控制信号要给电力电子功率单元；

当机端次同步阻尼控制装置上侧控制器切换至正常方式时，滤波闭环增益移相控制模块投入工作，其输入信号来自发电机的转速脉冲信号，输出信号接入定转子坐标变换模块，定转子坐标变换模块的输出信号接入单一频率输出和双频率输出控制模块，按照上侧控制器的设置，单一频率输出控制模块和双频率输出控制模块输出单一频率控制信号或者双频率控制信号给电力电子功率单元。

4.根据权利要求2或3所述的发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，其特征在于：

在步骤(2)中，所述标准正弦信号生成模块输出的激励信号幅值、频率以及持续时间可以控制，幅值的变化范围在1％～100％pu.，频率的变化范围在10Hz～40Hz。

5.根据权利要求4所述的发电机机端次同步阻尼控制器参数整定方法，其特征在于：

单一频率输出和双频率输出控制模块中，采用巴特沃斯滤波器带阻滤波器进行处理，如果单一频率输出，则巴特沃斯滤波器带阻滤波器的阻带中心频率为定转子坐标变换模块输出信号中共存的另一频率；如果双频率输出，则不做滤波处理。