CN105305467B - 抑制次同步振荡的并联型facts装置的容量估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种抑制次同步振荡的发电机端并联型FACTS装置的容量估算方法，包括：确定发电机发生稳定的次同步振荡时次同步电磁转矩与转速偏差的相位差；确定发电机发生次同步振荡时各种情况下最大的次同步电磁转矩幅值；根据相位差和最大的次同步电磁转矩幅值，确定将电力系统由负阻尼状态校正为零阻尼状态时所需的最小附加次同步阻尼电磁转矩幅值；确定并联型FACTS装置输出次同步电流与并联型FACTS装置注入待研究发电机内部次同步补偿电流之间的频率响应特性；根据最小附加次同步阻尼电磁转矩计算并联型FACTS装置输出的次同步补偿电流，进而作为计算装置容量的依据。
Description
技术领域
本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种抑制次同步振荡的并联型FACTS装置的容量估算方法。
背景技术
电力系统次同步振荡(Subsynchronous Oscillation，SSO)是由于系统中机械设备和电气设备动态特性耦合作用所引发的动态行为。当电力系统发生次同步振荡时，会在机械系统的轴系和电气系统的相关变量中产生等幅值甚至增幅的扭振和振荡。严重的电力系统次同步振荡和轴系扭振会直接导致大型发电机转子轴系的严重破坏，这将对电力系统安全运行造成很大威胁。因此，对于次同步振荡的抑制十分重要，在待保护的发电机出口安装并联型FACTS装置(如STATCOM，SVC等)是一种有效的方法。
用于抑制次同步振荡的发电机端并联型FACTS装置的容量选取是装置的主电路和控制参数设计的重要依据。目前国内外文献提出的容量估算方法，主要是依据工程实际经验，所得的结果往往过于粗略，若选取的容量过小，则达不到有效的抑制效果，若选取的容量过大，则会大大增加成本，经济性较差。因此，需要一个较为准确的容量估算方法。
发明内容
为了解决目前电力系统次同步振荡抑制技术中发电机端并联型FACTS抑制装置容量选取过于粗略而导致装置容量的浪费或者不足的问题，本发明提出了一种用于抑制电力系统次同步振荡的发电机端并联型FACTS装置的容量估算方法，包括：
步骤1：确定发电机发生稳定的次同步振荡时次同步电磁转矩与转速偏差的相位差；
步骤2：确定发电机发生次同步振荡时各种情况下最大的次同步电磁转矩幅值；
步骤3：根据步骤1中的相位差和步骤2中的最大的次同步电磁转矩幅值，确定将电力系统由负阻尼状态校正为零阻尼状态时所需的最小附加次同步阻尼电磁转矩幅值；
步骤4：确定并联型FACTS装置输出次同步电流与并联型FACTS装置注入待研究发电机内部次同步补偿电流之间的频率响应特性；
步骤5：根据步骤3中的最小附加次同步阻尼电磁转矩计算步骤4中的并联型FACTS装置输出的次同步补偿电流，进而作为计算装置容量的依据。
所述步骤1具体为：建立待研究电力系统的仿真模型，采用频率扫描法对系统进行小信号测试，确定待研究发电机发生等幅值的次同步振荡时，发电机次同步电磁转矩与转速偏差的相位差。
所述步骤2中的最大的次同步电磁转矩幅值根据通过对建立的电力系统仿真模型进行运行工况和故障测试获得。
所述步骤3中的最小附加次同步阻尼电磁转矩幅值其中|ΔTe|为最大的次同步电磁转矩幅值，为发电机次同步电磁转矩与转速偏差的相位差。
所述步骤4中的频率响应特性通过频率扫描法确定并联型FACTS装置输出次同步电流与其注入待研究发电机内部次同步补偿电流之间传递函数的频率响应特性获得，传递函数可直接由系统等值计算或仿真得到。
所述步骤5包括：根据并联型FACTS装置注入待研究发电机内部次同步补偿电流与其产生的附加阻尼次同步转矩的关系，结合步骤3确定的最小附加次同步阻尼转矩，和步骤4确定的并联型FACTS装置输出次同步电流与并联型FACTS装置注入待研究发电机内部的次同步补偿电流的幅值和相位的频率响应特性，确定并联型FACTS装置输出的次同步电流，该电流即可以作为装置容量的计算依据。
所述并联型FACTS装置包括静止无功补偿装置或静止同步补偿装置。
所述频率扫描法是在电力系统中施加某一个或几个频率的扰动分量，获取在此扰动下电力系统中同一频率的某一个或几个电气量的幅值和相位。
本发明的有益效果在于：本发明提出的控制分析方法，以复转矩系数法为基础，物理概念明确，分析计算简便，有效解决用于抑制电力系统次同步振荡的发电机端并联型FACTS装置的容量估算问题。
附图说明
图1是发电机端并联型FACTS装置抑制发电机次同步振荡的结构原理示意图。
图2是发电机电磁转矩矢量关系图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
图1是发电机端并联型FACTS装置抑制发电机次同步振荡的结构原理示意图。图1中，FACTS装置并联在待保护的发电机端口，装置正常工作时其特性类似一个受控电流源，发出次同步电流Δisub，该电流经外部网络分流后注入到发电机内部，产生附加阻尼转矩，使得发电机的合成电磁转矩的阻尼转矩分量为正，从而抑制发电机次同步振荡的发生。
图2是发电机电磁转矩矢量关系图。图2中，Δδ表示发电机角位移增量，Δω表示发电机角速度增量，ΔTe为发电机发生次同步振荡各种情况下最大的次同步电磁转矩，表示发电机次同步电磁转矩与转速偏差的相位差，ΔT′e1和ΔT′e2分别为装置发出不同的次同步电流时产生的附加次同步阻尼转矩，两种情况下的合成次同步电磁转矩分别为ΔTe1和ΔTe2。
由于正常工作时，抑制装置的端电压基本保持不变，因此装置的容量可以由装置发出的次同步电流来确定，确定装置所需次同步电流的基本步骤是：
步骤1：建立待研究电力系统的仿真模型，采用频率扫描法对系统进行小信号测试，确定待研究发电机发生等幅值的次同步振荡时，发电机次同步电磁转矩与转速偏差的相位差
步骤2：根据仿真模型对待研究的电力系统进行运行工况和故障测试，确定待研发电机发生次同步振荡各种情况下最大的次同步电磁转矩幅值|ΔTe|；
步骤3：根据步骤1中次同步电磁转矩与转速偏差的相位差和步骤2中最大的次同步电磁转矩幅值|ΔTe|确定将待研究电力系统由负阻尼状态校正为零阻尼状态时所需的与转速偏差同相位的最小附加次同步阻尼转矩幅值，这可以附图2来说明：在装置投入之前，次同步电磁转矩ΔTe位于第四象限，其阻尼转矩为负，发电机将发生次同步振荡；发电机端并联型FACTS装置投入后，合成的电磁转矩应该位于第一象限，这样才能有效抑制次同步振荡的发生。为使装置的容量利用率最大化，控制器的设计应使注入到发电机内部的次同步电流产生的附加次同步阻尼转矩与转速偏差同相位，即产生纯阻尼转矩，因此，在图2中附加转矩矢量在Δω轴的方向。又由于ΔTe的大小和方向已经确定，故合成电磁转矩矢量的端点在虚线AB上移动。当合成电磁转矩的矢量位于Δδ轴的方向时(ΔTe1)，发电机处于临界阻尼状态，对应的附加电磁转矩最小(ΔT′e1)，对应的电流即是装置应发出的最小电流；
步骤4：确定装置输出电流Δisub与注入待研发电机内部的补偿电流Δiinj之间传递函数G(s)的频率响应特性。对于简单系统，G(s)可以直接由系统等值计算；对于复杂大系统，G(s)可以由仿真得到；
步骤5：根据并联型FACTS装置注入待研究发电机内部次同步补偿电流与其产生附加阻尼次同步转矩的关系，结合步骤3确定的最小附加次同步阻尼转矩ΔT′e1，和步骤4确定的并联型FACTS装置输出次同步电流与注入待研究发电机内部的次同步补偿电流的幅值和相位的频率响应特性，确定并联型FACTS装置输出的次同步电流Δisub，该电流即可以作为装置容量依据。
本发明提出的一种用于抑制电力系统次同步振荡的发电机端并联型FACTS装置的容量估算方法物理概念明确，思路清晰，计算简便。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于抑制电力系统次同步振荡的发电机端并联型FACTS装置的容量估算方法，其特征在于，包括：
步骤1：确定发电机发生稳定的次同步振荡时次同步电磁转矩与转速偏差的相位差；
步骤2：确定发电机发生次同步振荡时各种情况下最大的次同步电磁转矩幅值；
步骤3：根据步骤1中的相位差和步骤2中的最大的次同步电磁转矩幅值，确定将电力系统由负阻尼状态校正为零阻尼状态时所需的最小附加次同步阻尼电磁转矩幅值；
步骤4：确定并联型FACTS装置输出次同步电流与并联型FACTS装置注入待研究发电机内部次同步补偿电流之间的频率响应特性；
步骤5：根据步骤3中的最小附加次同步阻尼电磁转矩计算步骤4中的并联型FACTS装置输出的次同步补偿电流，进而作为计算装置容量的依据；
所述步骤5包括：根据并联型FACTS装置注入待研究发电机内部次同步补偿电流与其产生的附加阻尼次同步转矩的关系，结合步骤3确定的最小附加次同步阻尼转矩，和步骤4确定的并联型FACTS装置输出次同步电流与并联型FACTS装置注入待研究发电机内部的次同步补偿电流的幅值和相位的频率响应特性，确定并联型FACTS装置输出的次同步电流，该电流作为装置容量的计算依据。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1具体为：建立待研究电力系统的仿真模型，采用频率扫描法对系统进行小信号测试，确定待研究发电机发生等幅值的次同步振荡时，发电机次同步电磁转矩与转速偏差的相位差。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2中的最大的次同步电磁转矩幅值根据通过对建立的电力系统仿真模型进行运行工况和故障测试获得。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3中的最小附加次同步阻尼电磁转矩幅值其中|ΔTe|为最大的次同步电磁转矩幅值，为发电机次同步电磁转矩与转速偏差的相位差。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤4中的频率响应特性通过频率扫描法确定并联型FACTS装置输出次同步电流与其注入待研究发电机内部次同步补偿电流之间传递函数的频率响应特性获得，传递函数直接由系统等值计算或仿真得到。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述并联型FACTS装置包括静止无功补偿装置或静止同步补偿装置。
7.根据权利要求2或5所述方法，其特征在于，所述频率扫描法是在电力系统中施加某一个或几个频率的扰动分量，获取在此扰动下电力系统中同一频率的某一个或几个电气量的幅值和相位。
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