CN106953341A - 一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，属于电力系统次同步振荡技术领域，所述评估系统包括：发电机、换流器、升压器、整流站，所述发电机、换流器、升压器依次串联连接，所述升压器通过高压直流输电线路连接整流站。本发明采用无穷大系统模型进行评估三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响，为评估三相不平衡情况下整流站对发电机轴系影响提供理论依据基础。

Description

一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统

技术领域

本发明属于电力系统次同步振荡技术领域，特别是涉及一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统。

背景技术

高压送电具有损耗小的特点。中国两大电网公司，国家电网公司，南方电网公司，在高压输电这方面，国网进行800kv高压交流输电项目，南网进行500kv高压直流输电项目。

这些传统电厂发出交流电，经过整流站变成直流后输送到高压直流输电线路。但是由于经过电力电子器件(整流)的作用，与传统直接连接交流线路相比，这些电厂更容易出现振荡问题，特别是交流电力系统中比较相当少见，但在直流中被发现的次同步振荡问题(振荡频率远高于低频振荡但又小于同步频率)。

云南电网作为南网直流的送端，部分电厂离500KV直流线路有一定距离，但考虑到发电机电压出厂经变压器升到220KV电压送到整流站，电气距离也可以认为不长，可用发电机厂—整流站—无穷大系统模型。这些电厂出现一些次同步振荡问题，这时一种不同于以往多见的低频振荡新问题。并且，在如风力发电这类发电机要经过整流逆变电路再接入电网的情况，也出现过次同步振荡问题。

发明内容

本发明目的在于提出一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，以解决三相平衡情况下次同步振荡的问题。

一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，所述评估系统包括：发电机、换流器、升压器、整流站，所述发电机、换流器、升压器依次串联连接，所述升压器通过高压直流输电线路连接整流站。

进一步地，所述换流器为PWM整流器。

进一步地，所述升压器为DC-DC升压器。

进一步地，所述升压器将直流电升压至35KV以上。

进一步地，所述整流站包括逆变器和整流变压器，所述逆变器用于将直流电逆变为交流电，所述整流变压器用于改变逆变后的交流电的电压。

进一步地，所述高压直流输电线路采用柔性高压直流电缆。

进一步地，所述系统的评估方法，包括以下步骤：

(1)发电机发出的是基波正弦电压，经变压器变换后传递到整流站；

(2)整流站使用三相整流桥，发电机定子的电流由负载决定，由整流侧传递过来，整流侧电流为经过电力电子器件整流的电流；

(3)建立整流站对发电机轴系影响的评估系统，经整流后，得到三相平衡情况下整流侧abc三相的电流，abc三相的电流均为方波，运用以下公式，可以通过傅里叶变换，变换为无穷项正弦波的和，

n＝1,2,3......

这里并不考虑换相过程，可求出abc三相的傅里叶级数的系数；

(4)假设原动机的输入电磁力矩保持恒定，恒定运行时，电磁力矩也为恒定，发电机匀速运行，将abc三相电流代入电磁力矩公式，可得到电磁力矩是波动的，即作用在发电机轴两端的力不平衡，说明对发电机轴系寿命有影响。

进一步地，步骤(2)中所述三相整流桥为6脉波三相整流桥。

进一步地，步骤(4)中所述电磁力矩保持恒定的方法是调节火电厂气门或水电厂水门。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：

(1)本发明的评估系统可得到电磁力矩是波动的，即作用在发电机轴两端的力不平衡，说明对发电机轴系寿命有影响；

(2)本发明采用无穷大系统模型进行评估三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响，为评估三相不平衡情况下整流站对发电机轴系影响提供理论依据基础。

附图说明

图1是本发明的整流站对发电机轴系影响的评估系统结构示意图；

图2是本发明的三相整流桥模型图；

图3是本发明的经整流后得到的abc三相的电流图。

具体实施方式

实施例1

一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，所述评估系统包括：发电机、换流器、升压器、整流站，所述发电机、换流器、升压器依次串联连接，所述升压器通过高压直流输电线路连接整流站。

所述换流器为PWM整流器。

所述升压器为DC-DC升压器。

所述升压器将直流电升压至35KV。

所述整流站包括逆变器和整流变压器，所述逆变器用于将直流电逆变为交流电，所述整流变压器用于改变逆变后的交流电的电压。

所述高压直流输电线路采用柔性高压直流电缆。

所述评估系统的评估方法，包括以下步骤：

(1)建立整流站对发电机轴系影响的评估系统，如图1所示，发电机发出的是基波正弦电压，经变压器变换后传递到整流站；

(2)整流站使用6脉波三相整流桥，发电机定子的电流由负载决定，由整流侧传递过来，整流侧电流为经过电力电子器件整流的电流，模型如图2所示；

(3)经整流后，得到三相平衡情况下整流侧abc三相的电流，如图3所示，abc三相的电流均为方波，运用以下公式，可以通过傅里叶变换，变换为无穷项正弦波的和，

n＝1,2,3......

这里并不考虑换相过程，可求出abc三相的傅里叶级数的系数；

(4)假设原动机的输入电磁力矩保持恒定(通过火电厂调节气门)，恒定运行时，电磁力矩也为恒定，发电机匀速运行，将abc三相电流代入电磁力矩公式，可得到电磁力矩是波动的，即作用在发电机轴两端的力不平衡，说明对发电机轴系寿命有影响。

实施例2

一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，所述评估系统包括：发电机、换流器、升压器、整流站，所述发电机、换流器、升压器依次串联连接，所述升压器通过高压直流输电线路连接整流站。

所述换流器为PWM整流器。

所述升压器为DC-DC升压器。

所述升压器将直流电升压至220KV。

所述整流站包括逆变器和整流变压器，所述逆变器用于将直流电逆变为交流电，所述整流变压器用于改变逆变后的交流电的电压。

所述高压直流输电线路采用柔性高压直流电缆。

所述评估系统的评估方法，包括以下步骤：

(1)建立整流站对发电机轴系影响的评估系统，如图1所示，发电机发出的是基波正弦电压，经变压器变换后传递到整流站；

(2)整流站使用6脉波三相整流桥，发电机定子的电流由负载决定，由整流侧传递过来，整流侧电流为经过电力电子器件整流的电流，模型如图2所示；

(3)经整流后，得到三相平衡情况下整流侧abc三相的电流，如图3所示，abc三相的电流均为方波，运用以下公式，可以通过傅里叶变换，变换为无穷项正弦波的和，

n＝1,2,3......

这里并不考虑换相过程，可求出abc三相的傅里叶级数的系数；

(4)假设原动机的输入电磁力矩保持恒定(通过水电厂调节水门)，恒定运行时，电磁力矩也为恒定，发电机匀速运行，将abc三相电流代入电磁力矩公式，可得到电磁力矩是波动的，即作用在发电机轴两端的力不平衡，说明对发电机轴系寿命有影响。

实施例3

一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，所述评估系统包括：发电机、换流器、升压器、整流站，所述发电机、换流器、升压器依次串联连接，所述升压器通过高压直流输电线路连接整流站。

所述换流器为PWM整流器。

所述升压器为DC-DC升压器。

所述升压器将直流电升压至500KV。

所述整流站包括逆变器和整流变压器，所述逆变器用于将直流电逆变为交流电，所述整流变压器用于改变逆变后的交流电的电压。

所述高压直流输电线路采用柔性高压直流电缆。

所述评估系统的评估方法，包括以下步骤：

(1)建立整流站对发电机轴系影响的评估系统，如图1所示，发电机发出的是基波正弦电压，经变压器变换后传递到整流站；

(2)整流站使用6脉波三相整流桥，发电机定子的电流由负载决定，由整流侧传递过来，整流侧电流为经过电力电子器件整流的电流，模型如图2所示；

(3)经整流后，得到三相平衡情况下整流侧abc三相的电流，如图3所示，abc三相的电流均为方波，运用以下公式，可以通过傅里叶变换，变换为无穷项正弦波的和，

n＝1,2,3......

这里并不考虑换相过程，可求出abc三相的傅里叶级数的系数；

(4)假设原动机的输入电磁力矩保持恒定(通过火电厂调节气门)，恒定运行时，电磁力矩也为恒定，发电机匀速运行，将abc三相电流代入电磁力矩公式，可得到电磁力矩是波动的，即作用在发电机轴两端的力不平衡，说明对发电机轴系寿命有影响。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (9)

1.一种三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述评估系统包括：发电机、换流器、升压器、整流站，所述发电机、换流器、升压器依次串联连接，所述升压器通过高压直流输电线路连接整流站。

2.根据权利要求1所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述换流器为PWM整流器。

3.根据权利要求1所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述升压器为DC-DC升压器。

4.根据权利要求3所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述升压器将直流电升压至35KV以上。

5.根据权利要求1所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述整流站包括逆变器和整流变压器。

6.根据权利要求1所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述高压直流输电线路采用柔性高压直流电缆。

7.根据权利要求1-6任一项所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，所述系统的评估方法，包括以下步骤：

(1)建立整流站对发电机轴系影响的评估系统，发电机发出的是基波正弦电压，经变压器变换后传递到整流站；

(2)整流站使用三相整流桥，发电机定子的电流由负载决定，由整流侧传递过来，整流侧电流为经过电力电子器件整流的电流；

(3)经整流后，得到三相平衡情况下整流侧abc三相的电流，abc三相的电流均为方波，运用以下公式，可以通过傅里叶变换，变换为无穷项正弦波的和，

$f\left(\mathrm{\ω}t\right)=A_{\left(0\right)}+\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}(A_{\left(n\right)}\cos n\mathrm{\ω}t+B_{\left(n\right)}\sin n\mathrm{\ω}t)$

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{\left(0\right)}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}f\left(\mathrm{\ω}t\right)d\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ A_{\left(n\right)}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}f\left(\mathrm{\ω}t\right)\cos n\mathrm{\ω}td\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ B_{\left(n\right)}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}f\left(\mathrm{\ω}t\right)\sin n\mathrm{\ω}td\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right.$

n＝1,2,3......

这里并不考虑换相过程，可求出abc三相的傅里叶级数的系数；

(4)假设原动机的输入电磁力矩保持恒定，恒定运行时，电磁力矩也为恒定，发电机匀速运行，将abc三相电流代入电磁力矩公式，可得到电磁力矩是波动的，即作用在发电机轴两端的力不平衡，说明对发电机轴系寿命有影响。

8.根据权利要求7所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，步骤(2)中所述三相整流桥为6脉波三相整流桥。

9.根据权利要求7所述的三相平衡情况下整流站对发电机轴系影响的评估系统，其特征在于，步骤(4)中所述电磁力矩保持恒定的方法是调节火电厂气门或水电厂水门。