CN107742894B - 一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，所述次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统包括：转速信号模态滤波单元、滤波时延补偿单元、波形变换单元、移相角度生成单元、移相控制器生成单元。次同步振荡抑制系统工作于开环的控制参数试验模式，依据设定的扭振频率和幅值，在一定时间内输出正弦波形式的次同步阻尼控制指令信号，经电力电子功率单元生成补偿电流，注入发电机组，激发轴系扭振响应。采集次同步阻尼控制指令信号和发电机转速信号送入本在线自整定系统，自动完成信号分析计算，并将计算结果保存在相应定值项中。本方法无需人为参与离线计算，大大减少了整定计算工作量。

Description

一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统

技术领域

本发明涉及电力系统次同步振荡技术领域，具体涉及一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统。

背景技术

对于那些“点对网”且经过串补或直流输电的长距离输电的发电厂，电力系统易产生次同步振荡，并引起汽轮发电机组轴系扭振。目前，为了抑制轴系扭振，减轻次同步振荡对发电机大轴的损伤，在电力电子等控制系统上增加控制环节，如附加励磁阻尼控制系统(SEDC)、静止补偿器(SVC、SVG等)、NGH阻尼器等等。由于励磁控制系统、SVC、SVG均为定型化量产设备，且次同步阻尼控制信号的计算量大，一般采用独立装置作为次同步阻尼控制器，引入一次设备的转速、电流、电压或功率信号，经过模态滤波、比例移相、限幅等环节计算生成次同步阻尼控制信号，再经光纤送至励磁、SVC或SVG等电力电子功率单元设备，进而输出次同步补偿电流来抑制次同步振荡。

由于次同步阻尼控制器对转速信号进行数字滤波等运算处理耗时、电力电子功率单元响应时间等内部时延的存在，以及转速传感器测点和发电机转子对应轴系不同位置振型在方向上的异同，需在次同步阻尼控制器中设置移相控制环节，对上述相位时延进行补偿，确保电力电子功率单元受控输出的次同步电流通过定转子磁场的相互作用，产生与原有扭振方向相反的次同步电磁转矩，以消除而非助增次同步振荡。因此，移相控制参数是次同步振荡抑制系统的关键参数，对系统抑制效果影响很大，应谨慎设定。

现场一般采用信号激励法确定移相控制参数，即次同步阻尼控制器工作于激励试验模式，依据设定的机组轴系扭振模态频率、幅值、输出时长等参数生成单一频率的扭振激励信号，送给SVC、SVG等电力电子功率单元输出次同步电流信号至一次系统，经定转子磁场互作用，激发机组轴系产生扭振响应，获取机组转速传感器的扭振相应信号，与次同步阻尼控制器产生的激励信号进行比对，通过离线分析计算得到移相控制参数。离线计算过程繁琐易出错，而且手动将计算结果整定进装置也增加了出错概率。本发明提供了一种移相控制参数在线自整定系统，在信号激励试验过程中，次同步阻尼控制器自动完成信号分析计算，并将计算结果保存在相应定值项中，简便可靠，大大减少了现场试验工作量。

发明内容

本发明的目的是：提供一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，依据信号激励试验的次同步参考电流指令信号和激发扭振响应的发电机转速信号，自动计算生成移相控制环节，无需人为离线分析，以减少现场试验工作量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，所述次同步振荡抑制系统工作于开环的控制参数试验模式，不进行闭环抑制控制；次同步阻尼控制装置中的扭振激励信号生成模块，依据设定的扭振频率f_m和幅值A_m，在一定时间t_out内输出正弦波形式的次同步阻尼控制指令信号C_ins，经电力电子功率单元生成补偿电流，注入发电机组，激发轴系扭振响应；装置记录次同步阻尼控制指令信号C_ins和发电机转速信号ω，所述次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统包括：转速信号模态滤波单元、滤波时延补偿单元、波形变换单元、移相角度生成单元、移相控制器生成单元，其中：

转速信号模态滤波单元，接收发电机转速信号ω进行滤波处理得到扭振模态信号ω_m，并计算得到滤波器相位偏移角

滤波时延补偿单元，接收转速信号模态滤波单元输出的扭振模态信号ω_m和滤波器相位偏移角

依据滤波器相位偏移角

对扭振模态信号ω_m进行超前滞后相位补偿；波形变换单元，接收次同步阻尼控制指令信号C_ins并进行反相位变换处理得到次同步阻尼控制指令反相位信号C_i′_ns；

移相角度生成单元，接收滤波时延补偿单元输出的扭振模态信号ω′_m和波形变换单元输出的次同步阻尼控制指令反相位信号C_i′_ns，计算得到移相补偿角度

移相控制器生成单元，接收移相角度生成单元输出的移相补偿角度

生成移相控制参数。

进一步的，所述转速信号模态滤波单元的转速信号滤波处理过程为：

首先，依据式①计算转速差Δω：

Δω＝ω-ω₀ 式①

式①中，Δω为转速差信号，ω为转速信号，ω₀为额定转速或平均转速；

然后，转速差信号Δω经滤波计算得到对应于扭振频率f_m的扭振模态信号ω_m。

进一步的，所述转速差信号Δω经滤波计算得到对应于扭振频率f_m的扭振模态信号ω_m的滤波计算方法，是带通滤波算法或prony算法。

进一步的，所述滤波时延补偿单元采用一阶移相模型对扭振模态信号ω_m进行超前滞后相位补偿：

其中，T_df的计算公式：

式②和式③中，H_df(s)为复频域系统的传输函数，s为复频率，tan(α)函数返回α的正切值，

为转速信号模态滤波单元的滤波器相位偏移角，f_m为次同步阻尼控制指令信号C_ins的频率，π为圆周率。

进一步的，所述波形变换单元的反相位变换处理是指：

C′_ins＝-C_ins 式④

式④中，C′_ins指输出的次同步阻尼控制指令反相位信号，C_ins指输入的次同步阻尼控制指令信号。

进一步的，所述移相角度生成单元中的移相补偿角度

是指，在次同步阻尼控制指令信号持续作用激发扭振响应期间，模态转速信号ω′_m和次同步阻尼控制指令信号C′_ins的相位差，或相位差的平均值。

进一步的，所述移相控制器生成单元采用一阶移相模型实现移相控制，其传递函数为：

其中，A和T_comp的计算公式如下：

式⑤和式⑥中，H_comp(s)为复频域系统的传输函数，s为复频率，tan(α)函数返回α的正切值，

为移相补偿角度，f_m为次同步阻尼控制指令信号C_ins的频率，π为圆周率。

本发明的有益效果是：提供了一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，简便可靠，大大减少了现场试验工作量。

附图说明

图1是基于SVG的次同步振荡抑制系统示意图；

图2是移相控制参数在线自整定系统原理示意图；

图3是扭振激励试验激发的发电机组转速信号，激励频率为19.35Hz，通道1为原始转速信号，通道2为转速差信号；

图4是19.35Hz次同步阻尼控制指令信号和发电机19.35Hz模态转速信号，通道1为19.35Hz次同步阻尼控制指令信号，通道2为发电机19.35Hz模态转速信号；

其中，①为发电机组轴系简化示意图；②为安装在发电机组大轴上的转速传感器，输出转速信号；③为次同步阻尼控制装置工作模式切换开关，可切换至控制参数试验模式或闭环抑制控制模式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：一种基于SVG的次同步振荡阻尼控制系统由三部分组成，包括次同步阻尼控制装置、SVG和隔离变压器，如图1所示。当工作模式切换开关K接于下端，系统工作于闭环抑制控制模式，次同步振荡阻尼控制装置接收机组转速信号，结合发电机电流电压信息，检测次同步振荡各模态扭振状态，并计算出次同步阻尼控制信号送至SVG控制器，SVG系统利用电力电子变流技术向机网系统注入次同步和超同步补偿电流，进入机组侧的次同步电流通过定转子磁场的相互作用，产生与原有扭振方向相反的次同步电磁转矩，达到避免或消除SSR的目的。

将工作模式切换开关K接于上端，系统工作于控制参数试验模式，次同步阻尼控制装置中的扭振激励信号生成模块，依据设定扭振频率19.35Hz和幅值(标幺值为0.2)生成5.5s的次同步阻尼控制指令信号，经SVG系统生成补偿电流，注入发电机组，激发轴系扭振响应。

次同步阻尼装置同时记录次同步阻尼控制指令信号和发电机转速信号，按照图2所示的移相控制参数自整定系统，计算生成移相控制参数。其中，ω为发电机组的转速信号，C_ins为扭振激励信号生成模块输出的次同步阻尼控制指令信号，

为转速信号模态滤波单元的滤波器相位偏移角，

为移相补偿角度，ω_m为扭振模态信号。次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统包括：转速信号模态滤波单元、滤波时延补偿单元、波形变换单元、移相角度生成单元、移相控制器生成单。具体工作过程如下：

(1)转速信号模态滤波单元的工作过程如下：激发扭振响应后的发电机转速信号如图3的通道1所示。机组额定转速为3000rpm，因此，将转速信号扣除额定转速后即为转速差信号，如图3的通道2所示。然后，使用数字式带通滤波器由转速差信号计算得到19.35Hz模态转速信号，所用的带通滤波器为：

写成离散方程为：

其中：

假设系统采样频率为1200Hz，采样周期T＝1/1200s，则滤波器参数为：

经过滤波计算后得到的模态转速信号如图4中的通道2波形所示。该带通滤波器的相位偏移角度为0。

(2)滤波时延补偿单元对扭振模态信号进行超前滞后相位补偿，由于上述转速信号模态滤波单元中的数字带通滤波器的相位偏移角为0，不对波形做移相处理。

(3)波形变换单元对次同步阻尼控制指令信号波形做反相位变换处理，处理后的波形见图4中的通道1波形。

(4)移相角度生成单元对图4中的两个通道波形，采用过零点相位差算法计算二者的相位差，即利用两组波形过零点时刻的时间差，结合模态频率19.35Hz、采样频率1200Hz计算得到一系列相角差Δθ₁,Δθ₂,Δθ₃,Δθ₄…，求平均值得到移相补偿角度

为145.3°。

(5)移相控制器生成单元采用一阶移相模型生成移相补偿环节，其传递函数为：

其中，

至此，完成了次同步振荡抑制系统移相控制参数的在线自整定。

Claims (7)

1.一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，所述次同步振荡抑制系统工作于开环的控制参数试验模式，不进行闭环抑制控制；次同步阻尼控制装置中的扭振激励信号生成模块，依据设定的扭振频率f_m和幅值A_m，在一定时间t_out内输出正弦波形式的次同步阻尼控制指令信号C_ins，经电力电子功率单元生成补偿电流，注入发电机组，激发轴系扭振响应；装置记录次同步阻尼控制指令信号C_ins和发电机转速信号ω，其特征是，所述次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统包括：转速信号模态滤波单元、滤波时延补偿单元、波形变换单元、移相角度生成单元、移相控制器生成单元，其中：

转速信号模态滤波单元，接收发电机转速信号ω进行滤波处理得到扭振模态信号ω_m，并计算得到滤波器相位偏移角

滤波时延补偿单元，接收转速信号模态滤波单元输出的扭振模态信号ω_m和滤波器相位偏移角

依据滤波器相位偏移角

对扭振模态信号ω_m进行超前滞后相位补偿；

波形变换单元，接收次同步阻尼控制指令信号C_ins并进行反相位变换处理得到次同步阻尼控制指令反相位信号C′_ins；

移相角度生成单元，接收滤波时延补偿单元输出的扭振模态信号ω′_m和波形变换单元输出的次同步阻尼控制指令反相位信号C′_ins，计算得到移相补偿角度

移相控制器生成单元，接收移相角度生成单元输出的移相补偿角度

生成移相控制参数。

2.如权利要求1所述的一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，其特征在于：所述转速信号模态滤波单元的转速信号滤波处理过程为：

首先，依据式①计算转速差Δω：

Δω＝ω-ω₀ 式①

式①中，Δω为转速差信号，ω为转速信号，ω₀为额定转速或平均转速；

然后，转速差信号Δω经滤波计算得到对应于扭振频率f_m的扭振模态信号ω_m。

3.如权利要求2所述的一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，其特征在于：所述转速差信号Δω经滤波计算得到对应于扭振频率f_m的扭振模态信号ω_m的滤波计算方法，是带通滤波算法或prony算法。

4.如权利要求1所述的一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，其特征在于：所述滤波时延补偿单元采用一阶移相模型对扭振模态信号ω_m进行超前滞后相位补偿：

其中，T_df的计算公式：

式②和式③中，H_df(s)为复频域系统的传输函数，s为复频率，tan(α)函数返回α的正切值，

为转速信号模态滤波单元的滤波器相位偏移角，π为圆周率。

5.如权利要求1所述的一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，其特征在于：所述波形变换单元的反相位变换处理是指：

C′_ins＝-C_ins 式④

式④中，C′_ins指输出的次同步阻尼控制指令反相位信号，C_ins指输入的次同步阻尼控制指令信号。

6.如权利要求1所述的一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，其特征在于：所述移相角度生成单元中的移相补偿角度

是指，在次同步阻尼控制指令信号持续作用激发扭振响应期间，扭振模态信号ω′_m和次同步阻尼控制指令反相位信号C′_ins的相位差或相位差的平均值。

7.如权利要求1所述的一种次同步振荡抑制系统移相控制参数在线自整定系统，其特征在于：所述移相控制器生成单元采用一阶移相模型实现移相控制，其传递函数为：

其中，A和T_comp的计算公式如下：

式⑤和式⑥中，H_comp(s)为复频域系统的传输函数，s为复频率，tan(α)函数返回α的正切值，

为移相补偿角度，π为圆周率。

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