CN109546663A - 一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，次同步振荡抑制系统接入汽轮发电机组的电流、电压、功率或转速信号，经模态滤波、信号综合等运算环节得到次同步阻尼控制信号。装置扫描次同步阻尼控制信号，筛选出控制信号的极小值点和极大值点；若极值点幅值超过次同步振荡抑制系统输出能力，则按最大能力输出目标计算限幅比例系数，在之后的过零点按限幅输出比例系数进行限幅输出；若在一段时间内，所有的极值点均在次同步振荡抑制系统输出能力范围以内，则不再对控制信号做限幅调整，直接输出原信号。本发明提供了一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，在不改变次同步阻尼控制信号各模态分量相位的前提下实现限幅控制。

Description

一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法

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阻尼控制信号调整方法。

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火力发电厂，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、信号综合、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。

为充分利用系统抑制能力，次同步阻尼控制器的比例移相控制环节，往往设置较大的比例参数对次同步阻尼控制信号进行放大。在严重次同步振荡发生时，依靠限幅环节来防止次同步阻尼控制信号的幅度超过励磁、SVC或SVG的输出能力。但是，现有做法在限幅环节处理上过于简单，往往直接对信号削顶，改变了次同步阻尼控制信号中各个次同步频率分量的相位特征，该信号经电力电子功率单元设备变换输出后，可能对次同步振荡起助增作用。因此，需要对次同步振荡抑制系统的信号限幅处理方法进行优化。

发明内容

本发明的目的是：提供一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，在不改变次同步阻尼控制信号各个次同步频率分量相位特征的前提下实现限幅控制。

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阻尼控制信号调整方法，次同步振荡抑制系统接入汽轮发电机组的电流、电压、功率或转速信号，经模态滤波、信号综合等运算环节计算得到次同步阻尼控制信号；其特征在于：扫描次同步阻尼控制信号，按以下步骤进行处理：

(1)筛选出次同步阻尼控制信号的极值点，包含极大值点和极小值点；

(2)若极值点超过次同步振荡抑制系统输出能力，则计算限幅比例系数；

具体是指：若当前极值点C_peak满足：

C_peak≥M_p·C_max 式①

则按式②得到限幅比例系数的当前计算值K_adj：

式①中，C_peak为当前极值点，M_p为目标输出裕度系数，C_max为次同步振荡抑制系统输出能力限值；

式②中，K_adj为限幅比例系数的当前计算值，min(var1，var2)函数返回两个变量var1和var2的较小值，K_adj,0为限幅输出比例系数；

(3)若在一段时间内，所有极值点均未超过次同步振荡抑制系统输出能力范围，则不再对信号进行限幅调整，输出原次同步振荡阻尼控制信号；具体是指：若极值点幅值C_peak满足：

C_peak<M_p·C_max 式③

且之后的连续N个极值点均满足此条件，则将限幅比例系数K_adj置1；式③中，C_peak为当前极值点，M_p为目标输出裕度系数，C_max为次同步振荡抑制系统输出能力限值；

(4)在控制信号的过零点时刻，更新限幅输出比例系数K_adj,0；具体是指：若控制信号的当前时刻值C(n)与前一时刻值C(n-1)满足：

C(n)·C(n-1)≤0 式④

则依据式⑤更新限幅输出比例系数K_adj,0：

K_adj,0＝K_adj 式⑤

式⑤中，K_adj,0为限幅输出比例系数，K_adj为限幅比例系数的最新计算值；

(5)使用限幅输出比例系数K_adj，0对控制信号进行限幅输出；

具体是指：根据式⑥计算输出信号：

C_out＝K_adj,0·C_in 式⑥

式⑥中，C_out为输出信号，K_adj,0为限幅输出比例系数，C_in为输入的次同步振荡阻尼控制信号。

进一步的，所述步骤(2)中的目标输出裕度系数M_p，其取值范围为80％～100％。

进一步的，所述步骤(3)中的超过N个极值点连续满足在次同步振荡抑制系统输出范围以内，其中，N取2～15。

本发明的有益效果是：在不改变次同步阻尼控制信号各个次同步频率分量相位特征的前提下，实现了控制信号的限幅调整。

附图说明

图1是基于SVG的次同步振荡抑制系统原理示意图；

图2是次同步阻尼控制器原理示意图；

图3是叠加12Hz和38Hz频率分量的次同步阻尼控制信号的原始波形，通道1为所包含的12Hz频率分量信号，通道2为所包含的38Hz频率分量信号，通道3为合成后的次同步阻尼控制信号；横轴为时间轴，纵轴为以抑制系统最大输出能力为基准值的控制信号标幺值；

图4是采用简单削顶限幅处理后的信号波形对比，虚线为原始信号，实线为调整后信号，横轴为时间轴，纵轴为以抑制系统最大输出能力为基准值的控制信号标幺值；

图5是本发明的流程图；

图6是采用本发明信号调整方法处理前后的信号波形对比，虚线为原始信号，实线为调整后信号，横轴为时间轴，纵轴为以抑制系统最大输出能力为基准值的控制信号标幺值，P₁～P₃₈为信号极值点。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：次同步振荡抑制系统由三部分组成，包括次同步阻尼控制器、电力电子功率单元和联接变压器，如图1所示。次同步阻尼控制装置接收机组的电流、电压和转速信号，通过信号处理计算输出次同步阻尼控制信号至SVG，SVG利用电力电子变流技术向机网系统注入特定频率的次同步和超同步补偿电流，进入机组侧的次同步和超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。

次同步阻尼控制信号由次同步阻尼控制装置计算得到，其示意图如图2所示。转速信号经模态滤波、比例移相环节、信号综合后生成次同步阻尼控制信号。为充分利用系统抑制能力，在比例移相控制环节往往设置较大的比例参数对控制信号进行放大。在严重次同步振荡发生时，由限幅调整环节对信号进行限幅处理，防止次同步阻尼控制信号幅度超过SVG系统输出能力。

手动构造一个次同步振荡阻尼控制原始信号如图3所示，该信号由12Hz和38Hz两种频率分量信号叠加而成。以系统最大输出能力为限，采用简单削顶限幅处理后的信号波形如图4所示，从图中可以看出，在数个信号极值点附近波形因超出系统输出能力而被直接削顶，波形畸变较大。

如图5所示，采用本发明所提供方法对信号进行调整，设定控制信号的目标输出裕度系数M_p为95％，次同步振荡抑制系统输出能力C_max为1，极值点连续满足在系统输出范围内的确认计数门槛N为3。信号调整方法处理过程如下：

(1)极值点P₁值为0.617，在系统输出能力范围以内，不做处理，K_adj,0和K_adj均为1；

(2)极值点P₂值为-0.0446，在系统输出能力范围以内，不做处理；

(3)极值点P₃值为0.9733，在系统输出能力范围以内，不做处理；

(4)极值点P₄值为-0.5777，在系统输出能力范围以内，不做处理；

(5)极值点P₅值为0.0935，在系统输出能力范围以内，不做处理；

(6)极值点P₆值为-1.0873，超过系统输出能力，计算限幅比例系数：

并在P₆后的第一个过零点赋值给K_adj,0；

(7)极值点P₇(值为0.5230)和P₈(值为-0.162)，均在系统输出能力范围以内，不做处理，K_adj,0已更新为0.8737，K_adj仍为0.8737；

(8)极值点P₉值为1.1928，超过系统输出能力，计算限幅比例系数：

并在P₉后的第一个过零点赋值给K_adj,0；

(9)极值点P₁₀(值为-0.4576)和P₁₁(值为0.2570)，均在系统输出能力范围以内，不做处理，K_adj,0已更新为0.7964，K_adj仍为0.7964；

(10)极值点P₁₂值为-1.2912，超过系统输出能力，计算限幅比例系数：

并在P₁₂后第一个过零点赋值给K_adj,0；

(11)极值点P₁₃(值为0.3791)和P₁₄(值为-0.3695)，均在系统输出能力范围以内，不做处理，K_adj,0已更新为0.7358，K_adj仍为0.7358；

(12)极值点P₁₅值为1.3704，超过系统输出能力，计算限幅比例系数：

并在P₁₅后第一个过零点赋值给K_adj,0；

(13)极值点P₁₆(值为-0.3023)和P₁₇(值为0.5007)，均在系统输出能力范围以内，不做处理，K_adj,0已更新为0.6932，K_adj仍为0.6932；

(14)极值点P₁₈值为-1.4313，超过系统输出能力，计算限幅比例系数：

并在P₁₈后第一个过零点赋值给K_adj,0；

(15)极值点P₁₉～P₃₀，其中的P₂₁、P₂₄、P₂₇、P₃₀的值虽然超过系统输出能力，但依据式计算出的K_adj与K_adj,0相等，而且其余极值点值均在系统输出能力范围以内，因此K_adj和K_adj,0的值均维持0.6637不变；

(16)极值点P₃₁值为0.0021，在系统输出能力范围以内，无需限幅处理，确认计数器cnt累加1，限幅比例系数K_adj,0和K_adj不做处理；

(17)极值点P₃₂值为-0.8863，在系统输出能力范围以内，无需限幅处理，确认计数器cnt再次累加1，限幅比例系数K_adj,0和K_adj不做处理；

(18)极值点P₃₃值为0.8737，在系统输出能力范围以内，无需限幅处理，确认计数器cnt再次累加1，超过门槛N(N设定为3)，将限幅比例系数K_adj置1，并在P₃₃后第一个过零点赋值给K_adj,0；

(19)极值点P₃₄值为-0.0022，在系统输出能力范围以内，限幅比例系数K_adj,0已更新为1，K_adj维持为1不变；

(20)极值点P₃₅～P₃₈值均在系统输出能力范围以内，限幅比例系数K_adj,0和K_adj不做处理，均为1。

极值点和限幅比例系数的对应关系演变表为：

经过调整后控制信号输出波形如图6所示，从图中可以看出，信号维持了原有基本形状，未发生波形畸变，且实现了控制信号的限幅调整。

Claims (7)

1.一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，将次同步振荡抑制系统接入汽轮发电机组的电流、电压、功率或转速信号，经过运算环节计算得到次同步阻尼控制信号；其特征在于：扫描得到的次同步阻尼控制信号，按以下步骤进行处理：

(1)筛选出次同步阻尼控制信号的极值点，包含极大值点和极小值点；

(2)若极值点超过次同步振荡抑制系统输出能力，则计算限幅比例系数；

(3)若在一段时间内，所有极值点均未超过次同步振荡抑制系统输出能力范围，则不再对信号进行限幅调整，输出原次同步振荡阻尼控制信号；

(4)在控制信号的过零点时刻，更新限幅输出比例系数；

(5)使用限幅输出比例系数K_adj，0对控制信号进行限幅输出。

2.如权利要求1所述的一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体计算方法为：

若当前极值点C_peak满足：

C_peak≥M_p·C_max 式①

则按式②得到限幅比例系数的当前计算值K_adj：

式①中，C_peak为当前极值点，M_p为目标输出裕度系数，C_max为次同步振荡抑制系统输出能力限值；

式②中，K_adj为限幅比例系数的当前计算值，min(var1，var2)函数返回两个变量var1和var2的较小值，K_adj,0为限幅输出比例系数。

3.如权利要求2所述的一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体计算方法为：

若极值点幅值C_peak满足：

C_peak<M_p·C_max 式③

且之后的连续N个极值点均满足此条件，则将限幅比例系数K_adj置1；式③中，C_peak为当前极值点，M_p为目标输出裕度系数，C_max为次同步振荡抑制系统输出能力限值。

4.如权利要求3所述的一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体计算方法为：

若控制信号的当前时刻值C(n)与前一时刻值C(n-1)满足：

C(n)·C(n-1)≤0 式④

则依据式⑤更新限幅输出比例系数K_adj,0：

K_adj,0＝K_adj 式⑤

式⑤中，K_adj,0为限幅输出比例系数，K_adj为限幅比例系数的最新计算值。

5.如权利要求4所述的一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体计算方法为：

根据式⑥计算输出信号：

C_out＝K_adj,0·C_in 式⑥

式⑥中，C_out为输出信号，K_adj,0为限幅输出比例系数，C_in为输入的次同步振荡阻尼控制信号。

6.如权利要求5所述的一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，其特征在于：所述步骤(2)中的目标输出裕度系数M_p，其取值范围为80％～100％。

7.如权利要求5所述的一种次同步振荡抑制系统阻尼控制信号调整方法，其特征在于：所述步骤(3)中的超过N个极值点连续满足在次同步振荡抑制系统输出范围以内，其中，N取2～15。