RU2406207C1 - Method and device for electrical transmission system - Google Patents
Method and device for electrical transmission system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2406207C1 RU2406207C1 RU2009113232/07A RU2009113232A RU2406207C1 RU 2406207 C1 RU2406207 C1 RU 2406207C1 RU 2009113232/07 A RU2009113232/07 A RU 2009113232/07A RU 2009113232 A RU2009113232 A RU 2009113232A RU 2406207 C1 RU2406207 C1 RU 2406207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- specified
- stator windings
- indicated
- components
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к колебаниям в системе электропередачи, содержащей электростанцию с генератором электрической энергии, имеющую ротор, являющийся частью механической системы, и статорные обмотки, соединенные с электрической системой, получающей электрическую энергию от генератора и подверженной возникающим в ней явлениям электрического резонанса.The present invention relates to oscillations in a power transmission system comprising a power station with an electric energy generator having a rotor which is part of a mechanical system and stator windings connected to an electric system receiving electric energy from a generator and subject to electrical resonance phenomena arising therein.
Уровень техникиState of the art
Таким образом, электрическая система имеет свойства, позволяющие происходить в ней явлениям электрического резонанса. Это означает, что электрическая система включает в себя емкостное сопротивление, а также реактивное сопротивление, и один из типов такой электрической системы содержит линию электропередачи, имеющей компенсацию реактивной мощности, в которой резонанс последовательного резонансного контура будет создаваться с помощью реактивного сопротивления линии и батареи последовательно подключенных (добавочных) емкостей. Изобретение также относится к другим типам электрических систем, подверженных происходящим в них явлениям электрического резонанса.Thus, an electrical system has properties that allow phenomena of electrical resonance to occur in it. This means that the electrical system includes capacitance as well as reactance, and one type of such electrical system comprises a power line having reactive power compensation in which resonance of the series resonant circuit will be created by reactance of the line and a battery of series connected (additional) containers. The invention also relates to other types of electrical systems susceptible to electrical resonance phenomena occurring therein.
Указанная электростанция может быть электростанцией любого типа, используемой для производства электроэнергии, однако будет также упомянута и кратко рассмотрена тепловая электростанция, поскольку решаемые настоящим изобретением проблемы особенно выражены в таких станциях, в которых генератор и различные ступени турбины соединены последовательно системой валов. В первом приближении генератор и ступени турбины могут рассматриваться как жесткие тела, имеющие существенный момент инерции, в то время как валы являются до некоторой степени упругими с заданной пружинной (крутильной) жесткостью, характеризующей угловую деформацию на единицу крутящего момента. Данная комбинация жестких тел и торсионных валов вызывает явления механического резонанса на определенных частотах, так называемых «модальных частотах». Эти так называемые частоты механического резонанса механической системы, сформированной таким образом, могут быть точно рассчитаны и определены при разработке турбинно-генераторной системы валов. С каждой резонансной частотой связана определенная «форма моды», которая показывает относительную амплитуду колебания различных масс на определенной модальной частоте. Здесь представляют интерес только такие частоты механического резонанса, которые затрагивают ротор генератора. Эти частоты механического резонанса обычно появляются при частоте ниже номинальной частоты сети fN, то есть частоты в указанной электрической системе, которая может быть, например, равной 50 Гц или 60 Гц, что определяется как «подсинхронный частотный диапазон». Соответственно, такие частоты механического резонанса обычно могут иметь значение, например, 13 Гц, 25 Гц, 38 Гц и т.д.The specified power plant can be any type of power plant used to generate electricity, however, a thermal power plant will also be mentioned and briefly discussed, since the problems solved by the present invention are particularly expressed in stations in which the generator and various stages of the turbine are connected in series by a shaft system. In a first approximation, the generator and turbine stages can be considered as rigid bodies having a significant moment of inertia, while the shafts are somewhat elastic with a given spring (torsional) stiffness characterizing angular deformation per unit of torque. This combination of rigid bodies and torsion shafts causes mechanical resonance at certain frequencies, the so-called "modal frequencies". These so-called mechanical resonance frequencies of a mechanical system formed in this way can be accurately calculated and determined during the development of a turbine-generator shaft system. Each resonant frequency is associated with a certain “mode shape”, which shows the relative amplitude of the oscillations of various masses at a particular modal frequency. Here, only mechanical resonance frequencies that affect the generator rotor are of interest. These mechanical resonance frequencies usually appear at a frequency below the nominal network frequency f N , that is, the frequency in the indicated electrical system, which may be, for example, 50 Hz or 60 Hz, which is defined as a “sub-synchronous frequency range”. Accordingly, such frequencies of mechanical resonance can usually have a value of, for example, 13 Hz, 25 Hz, 38 Hz, etc.
Это означает, что напряжение со статорных обмоток генератора будет иметь составляющие с одной или несколькими дискретными частотами в указанном подсинхронном частотном диапазоне, каждая из которых представляет собой частоту напряжения генератора, соответствующую скорости вращения ротора, за вычетом соответствующей частоты механического резонанса механической системы, соответственно fN минус fm. Это, при определенных условиях, может представлять собой серьезную проблему, когда указанная электрическая система, подключенная к генератору, подвержена происходящим в ней явлениям электрического резонанса. В качестве примера кратко рассмотрим такую электрическую систему, содержащую линию электропередачи. Длинные линии в системах электропередачи имеют существенную индуктивность, что снижает пропускную способность по передаче электроэнергии в линии вследствие требований к стабильности фазового угла и напряжения. Введение фиксированной батареи последовательно подключенных емкостей, обеспечивающей отрицательное реактивное сопротивление, последовательно с положительным реактивным сопротивлением, создаваемым индуктивностью линии, снижает эффективное реактивное сопротивление линии таким образом, что максимальная пропускная способность линии передачи электроэнергии возрастает. Однако в то же время реактивным сопротивлением линии и батареей последовательно подключенных емкостей будет создаваться электрический резонанс последовательного резонансного контура. При компенсации только части реактивного сопротивления линии резонансная частота электрического резонанса возникает ниже частоты сети fN, то есть в указанном «подсинхронном частотном диапазоне», как указанная составляющая напряжения со статорных обмоток генератора.This means that the voltage from the stator windings of the generator will have components with one or more discrete frequencies in the indicated sub-synchronous frequency range, each of which is the generator voltage frequency corresponding to the rotor speed, minus the corresponding frequency of the mechanical resonance of the mechanical system, respectively, f N minus f m . This, under certain conditions, can be a serious problem when the indicated electrical system connected to the generator is subject to the phenomena of electrical resonance. As an example, we briefly consider such an electrical system containing a power line. Long lines in power transmission systems have significant inductance, which reduces the transmission capacity of electric power in the line due to the requirements for stability of the phase angle and voltage. The introduction of a fixed battery of series-connected capacitances providing negative reactance in series with the positive reactance created by the line inductance reduces the effective reactance of the line so that the maximum transmission capacity of the power transmission line increases. However, at the same time, the reactance of the line and the battery of the series-connected capacitors will create an electrical resonance of the series resonant circuit. When only part of the line reactance is compensated, the resonant frequency of the electric resonance occurs below the network frequency f N , that is, in the indicated “sub-synchronous frequency range”, as the indicated voltage component from the stator windings of the generator.
При выполнении следующих условий может быть установлено состояние, называемое подсинхронным резонансом (SSR, Subsynchronous Resonance): механическая система имеет крутильный резонанс на частоте fm, форма моды такова, что генератор участвует в крутильных колебаниях на частоте fm, система электропередачи имеет электрический резонанс на частоте fN минус fm, а механическое демпфирование модального колебания с частотой fm мало. Последнее в особенности имеет место, когда нагрузка генератора мала, т.е. когда подключенная к нему турбина работает на холостом ходу.Under the following conditions, a condition called Subsynchronous Resonance (SSR) can be established: the mechanical system has torsional resonance at a frequency f m , the mode shape is such that the generator participates in torsional vibrations at a frequency f m , the power transmission system has electric resonance at frequency f N minus f m , and the mechanical damping of a modal oscillation with a frequency f m is small. The latter, in particular, takes place when the generator load is small, i.e. when the turbine connected to it is idling.
Такое состояние подсинхронного резонанса может иметь отрицательное демпфирование, и, таким образом, амплитуда крутильных колебаний возрастает так, что части механической системы, такие как валы, могут быть повреждены. Таким образом, состояние подсинхронного резонанса может привести к катастрофическим последствиям в электрической системе.Such a state of subsynchronous resonance can have negative damping, and thus the amplitude of torsional vibrations increases so that parts of the mechanical system, such as shafts, can be damaged. Thus, the state of subsynchronous resonance can lead to catastrophic consequences in the electrical system.
В документе US 5801459 раскрывается способ и устройство управления для последовательно подключенной емкости, подключенной в линии электропередачи, с целью демпфирования возникающих подсинхронных резонансов. Однако этот способ управления зависит от наличия положительного механического демпфирования в системе. Основным препятствием является то, что весьма затруднительно определить точное значение механического демпфирования на стадии разработки системы. Следовательно, риск подсинхронного резонанса должен оцениваться на основании предполагаемых значений механического демпфирования, полученных из предшествующего опыта.US Pat. No. 5,801,459 discloses a method and control device for a series-connected capacitance connected in a power line to dampen emerging sub-synchronous resonances. However, this control method depends on the presence of positive mechanical damping in the system. The main obstacle is that it is very difficult to determine the exact value of mechanical damping at the stage of system development. Therefore, the risk of subsynchronous resonance should be estimated based on the expected values of mechanical damping obtained from previous experience.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Целью настоящего изобретения является предложение надежных и эффективных средств, позволяющих уменьшить явления подсинхронного резонанса в системах электропередачи указанного выше типа.The aim of the present invention is to offer reliable and effective means to reduce the occurrence of sub-synchronous resonance in power transmission systems of the above type.
Даная цель в соответствии с изобретением достигается путем предложения устройства, содержащего средства определения составляющих напряжения с указанных обмоток статора с одной или более дискретными частотами, каждая из которых является частотой напряжения генератора, соответствующей скорости вращения ротора за вычетом частоты механического резонанса указанной механической системы, причем данные средства выполнены с возможностью вычисления, на основании результата указанного определения, напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению с обмоток статора для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в электрической системе, а также устройства, выполненного с возможностью добавления указанного вычисленного напряжения к указанному напряжению с обмоток статора для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в системе электропередачи.This goal in accordance with the invention is achieved by proposing a device containing means for determining the voltage components from these stator windings with one or more discrete frequencies, each of which is the generator voltage frequency corresponding to the rotor speed minus the frequency of the mechanical resonance of the specified mechanical system, the data the means are configured to calculate, based on the result of said determination, the voltage to be added to the decree nnomu voltage to the stator windings to reduce subsynchronous resonance phenomena in the electrical system, as well as devices adapted to add said calculated voltage to said voltage to the stator windings to reduce subsynchronous resonance phenomena in the transmission system.
Таким образом, изобретение основано на понимании того, что наличие связи между механическими колебаниями и электрическими колебаниями является одним из решающих условий для существования подсинхронного резонанса. Как описывалось выше, при установлении крутильных колебаний генерируемое напряжение будет иметь фазовую модуляцию относительно остальной системы электропередачи. Поток активной мощности тесно связан с разностью фаз между напряжением генератора и напряжением электрической системы. Результирующий поток активной мощности вызывает модуляцию электродинамического крутящего момента в генераторе. Это означает, что системами с механическими и электрическими колебаниями образуется замкнутый контур. Указанная связь может быть уменьшена или даже полностью устранена с помощью нового подхода, предполагающего добавление указанного напряжения к напряжению со статорных обмоток, которое противодействует отклонению напряжения генератора вследствие механических крутильных колебаний таким образом, что подсинхронные резонансы, которые могут возникнуть в указанной электрической системе, не будут связаны с указанной механической системой и переноситься на нее, а также не будут повреждать ее части. Данный способ обеспечивает также возможность одновременного демпфирования нескольких модальных частот подсинхронного резонанса.Thus, the invention is based on the understanding that the relationship between mechanical vibrations and electrical vibrations is one of the decisive conditions for the existence of a subsynchronous resonance. As described above, when the torsional vibrations are established, the generated voltage will have phase modulation relative to the rest of the power transmission system. The active power flow is closely related to the phase difference between the voltage of the generator and the voltage of the electrical system. The resulting active power flow causes modulation of the electrodynamic torque in the generator. This means that systems with mechanical and electrical vibrations form a closed loop. This connection can be reduced or even completely eliminated using a new approach, which involves adding the specified voltage to the voltage from the stator windings, which counteracts the voltage deviation of the generator due to mechanical torsional vibrations so that the sub-synchronous resonances that can occur in the specified electrical system will not associated with the specified mechanical system and transferred to it, and will not damage parts of it. This method also provides the ability to simultaneously damp several modal frequencies of the sub-synchronous resonance.
Следует отметить, что «напряжение со статорных обмоток» в данном контексте должно пониматься как включающее в себя также напряжение, получаемое после возможного преобразования с помощью повышающего трансформатора напряжения, создаваемого в статорных обмотках. В этом случае для уменьшения указанных явлений подсинхронного резонанса напряжение добавляется к напряжению, получаемому после указанного трансформатора.It should be noted that the “voltage from the stator windings” in this context should be understood as including also the voltage obtained after a possible conversion with the help of a step-up transformer of the voltage generated in the stator windings. In this case, to reduce the indicated phenomena of the sub-synchronous resonance, the voltage is added to the voltage obtained after the specified transformer.
Согласно варианту осуществления изобретения указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления напряжения, подлежащего добавлению к напряжению со статорных обмоток, для существенной компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами напряжения, подаваемого в указанную электрическую систему, причем схема выполнена с возможностью добавления указанного напряжения к указанному напряжению от обмоток статора для обеспечения указанной существенной компенсации. Это означает, что устраняется связь между генератором и указанной электрической системой и тем самым устраняется решающее условие для существования подсинхронного резонанса. Это достигается благодаря тому, что напряжение в указанной электрической системе за точкой добавления указанного напряжения становится немодулированным, поэтому крутильные колебания не вызывают модуляции активной мощности.According to an embodiment of the invention, said calculation means is configured to calculate the voltage to be added to the voltage from the stator windings to substantially compensate said voltage components with discrete frequencies of the voltage supplied to said electrical system, the circuit being configured to add said voltage to said voltage from stator windings to provide said substantial compensation. This means that the connection between the generator and the indicated electrical system is eliminated and thereby the decisive condition for the existence of subsynchronous resonance is eliminated. This is achieved due to the fact that the voltage in the specified electrical system beyond the point of addition of the specified voltage becomes unmodulated, therefore, torsional vibrations do not cause modulation of the active power.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью измерения тока на указанных статорных обмотках, и средства для фильтрации составляющих тока, измеренных таким образом с указанными дискретными частотами, причем средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих тока, величины напряжения, подлежащего добавлению для компенсации указанных составляющих тока и передачи информации о них в указанную схему, причем схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих тока. Как оказалось, такой способ определения указанных составляющих тока с указанными дискретными частотами и добавления напряжения таким образом, чтобы данные составляющие тока исчезли, является очень надежным способом устранения подсинхронных составляющих напряжения для указанной электрической системы и тем самым устранения связи между механическими колебаниями и электрическими колебаниями. Данный способ устранения отклонения напряжения генератора вследствие крутильных колебаний является очень надежным по отношению к изменяющимся условиям в указанной электрической системе, таким как изменяющаяся степень компенсации в линии электропередачи с компенсацией реактивной мощности.In accordance with another embodiment of the invention, said determination means comprise an element configured to measure current on said stator windings, and means for filtering current components thus measured with said discrete frequencies, the calculation means being configured to calculate based on information from said filtering means about said current components, the amount of voltage to be added to compensate for said current components and ne edachi information about them in the said circuit, wherein the circuit is adapted to add the thus calculated voltage to said voltage from the stator winding to substantially compensate said current components. As it turned out, this method of determining these current components with the indicated discrete frequencies and adding voltage so that these current components disappear is a very reliable way to eliminate the sub-synchronous voltage components for the specified electrical system and thereby eliminate the connection between mechanical vibrations and electrical vibrations. This method of eliminating the voltage deviation of the generator due to torsional vibrations is very reliable with respect to changing conditions in the specified electrical system, such as a varying degree of compensation in a power line with reactive power compensation.
Согласно другому варианту осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью по существу непрерывного определения значений скорости вращения указанного ротора, и элемент, выполненный с возможностью вычисления, на основании изменения установленной таким образом величины скорости вращения, составляющих напряжения с указанных статорных обмоток с указанными дискретными частотами, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании результатов вычисления указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с указанными дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, а указанная схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих напряжения. Такое измерение скорости вращения ротора генератора дает возможность определить форму напряжения в указанной статорной обмотке таким образом, что указанная связь между генератором и электрической системой может быть также устранена или уменьшена путем добавления соответствующего напряжения к напряжению со статорных обмоток.According to another embodiment of the invention, said determination means comprise an element configured to substantially continuously determine the rotation speed values of said rotor, and an element configured to calculate based on a change in the rotation speed value thus set, comprising voltage from said stator windings with said discrete frequencies, and these means of calculation are arranged to calculate, based on the results of adding said voltage components, voltage to be added to the voltage from said stator windings to compensate for said voltage components with the indicated discrete frequencies in the voltage supplied to the electrical system, and said circuit is configured to add the voltage thus calculated to the voltage from the stator windings for a substantial compensation of these voltage components. Such a measurement of the rotor speed of the generator makes it possible to determine the voltage shape in the specified stator winding so that the specified connection between the generator and the electrical system can also be eliminated or reduced by adding the appropriate voltage to the voltage from the stator windings.
Согласно другому варианту осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью измерения напряжения на указанных статорных обмотках, и средства для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеренного таким образом напряжения, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, причем указанная схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению с указанных статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих напряжения.According to another embodiment of the invention, said determination means comprise an element configured to measure voltage across said stator windings and means for filtering voltage components with said discrete frequencies from the voltage thus measured, said calculation means being able to calculate based on information from the specified filtering means about the specified components of the voltage, voltage to be added to the voltage specified s of the stator windings to compensate for these voltage components with discrete frequencies in the voltage supplied to the electrical system, said circuit being configured to add the voltage thus calculated to the voltage from said stator coils to substantially compensate for these voltage components.
Соответственно, данное устройство позволяет достичь цель изобретения тем же способом, что и устройство в соответствии с предыдущим вариантом осуществления за исключением того факта, что напряжение в статорных обмотках и тем самым составляющие напряжения с указанными дискретными частотами измеряются непосредственным образом.Accordingly, this device allows to achieve the purpose of the invention in the same way as the device in accordance with the previous embodiment, except for the fact that the voltage in the stator windings and thereby the voltage components with the indicated discrete frequencies are measured directly.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью измерения напряжения, подаваемого в указанную электрическую систему, в точке, находящейся за точкой добавления указанного напряжения к напряжению со статорных обмоток, и средства для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеренного таким образом напряжения, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами, и передачи информации о нем в указанную схему, причем указанная схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих напряжения. Это означает, что добавление указанного напряжения будет основываться на появлении указанных составляющих напряжения, которые с помощью данного добавления будут уменьшаться или устраняться таким образом, что формируется преимущественный замкнутый контур.In accordance with another embodiment of the invention, said determination means comprise an element configured to measure the voltage supplied to said electrical system at a point located beyond the point of adding said voltage to the voltage from the stator windings, and means for filtering voltage components with said discrete frequencies from the voltage thus measured, said means of calculation being arranged to calculate, based on information from filtering means for said voltage components, voltage to be added to compensate for said voltage components with discrete frequencies, and transmitting information about it to said circuit, said circuit being configured to add voltage thus calculated to voltage from stator windings to substantially compensate said components of voltage. This means that the addition of the indicated voltage will be based on the appearance of the indicated voltage components, which with the help of this addition will be reduced or eliminated in such a way that a predominant closed loop is formed.
Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство дополнительно содержит средства, выполненные с возможностью измерения крутильных колебаний в указанной механической системе, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании результата указанного определения указанных составляющих с дискретными частотами, а также результата указанного измерения крутильных колебаний, напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению со статорных обмоток для обеспечения активного демпфирования указанных крутильных колебаний, причем указанная схема выполнена с возможностью добавления напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток с формированием демпфирующего крутящего момента в отношении вращающихся частей указанной механической системы. Данный вариант осуществления обеспечивает возможность активного демпфирования крутильных колебаний путем добавления указанного напряжения, что может увеличить срок службы частей указанной механической системы.According to another embodiment of the invention, the device further comprises means configured to measure torsional vibrations in said mechanical system, said means of calculation being configured to calculate based on the result of said determination of said components with discrete frequencies, as well as the result of said measurement of torsional vibrations, voltage to be added to the specified voltage from the stator windings to ensure active damping these torsional vibrations, and the specified circuit is configured to add voltage to the specified voltage from the stator windings with the formation of damping torque in relation to the rotating parts of the specified mechanical system. This embodiment provides the ability to actively damp torsional vibrations by adding the specified voltage, which can increase the service life of parts of the specified mechanical system.
Согласно другому варианту осуществления изобретения указанная схема содержит преобразователь (конвертер) напряжения (Voltage Source Converter, VSC) и модуль управления, выполненный с возможностью управления вентилями преобразователя напряжения на основании результата указанного вычисления указанного напряжения, добавляемого к напряжению со статорных обмоток. Использование преобразователя напряжения обеспечивает возможность эффективного добавления напряжения, имеющего точную форму, необходимую для получения требуемого изменения напряжения со статорных обмоток, с помощью соответствующего управления вентилями преобразователя, то есть полупроводниковыми устройствами ключевого типа преобразователя напряжения, такими как биполярные транзисторы с изолированным затвором.According to another embodiment of the invention, said circuit comprises a voltage source converter (VSC) and a control module configured to control the valves of the voltage converter based on the result of said calculation of said voltage added to the voltage from the stator windings. The use of a voltage converter makes it possible to efficiently add voltage having the exact shape necessary to obtain the required voltage change from the stator windings by appropriately controlling the converter valves, i.e., semiconductor devices of a key type of voltage converter, such as insulated gate bipolar transistors.
Согласно другим вариантам осуществления изобретения указанная схема содержит: а) вольтодобавочный трансформатор, соединенный с указанными статорными обмотками, а также с указанным преобразователем напряжения по нулевому потенциалу, предназначенным для запитывания указанного вольтодобавочного трансформатора в соответствии с управлением от указанного модуля управления, или b) преобразователь напряжения по Н-мостовой схеме, соединенный с каждой фазой линии электропередачи с указанных статорных обмоток для добавления указанного напряжения в соответствии с управлением от указанного модуля управления для преобразователя напряжения, или с) 3-фазный преобразователь напряжения, соединенный последовательно с повышающим трансформатором и соединенный с указанными статорными обмотками по нулевому потенциалу трансформатора, управляемого указанным модулем управления.According to other embodiments of the invention, said circuit comprises: a) a boost booster transformer connected to said stator windings, as well as to said zero voltage potential converter, for supplying said boost booster transformer in accordance with control from said control module, or b) a voltage converter according to the H-bridge circuit, connected to each phase of the power line from the specified stator windings to add the specified voltage zheniya in accordance with control from said control module to voltage converter, or c) 3-phase voltage converter connected in series with the step-up transformer and connected to said stator windings of the transformer to the zero potential, said managed by the control module.
Изобретение также предлагает способ уменьшения явлений подсинхронного резонанса в системе электропередачи в соответствии с пунктами прилагаемой формулы изобретения, характеризующими способ. Преимущества различных особенностей этого способа и его вариантов осуществления ясно видны из описываемых выше различных вариантов осуществления устройства в соответствии с изобретением.The invention also provides a method for reducing the effects of subsynchronous resonance in a power transmission system in accordance with the appended claims characterizing the method. The advantages of various features of this method and its embodiments are clearly visible from the various embodiments of the device described above described above.
Изобретение также относится к компьютерной программе, а также машиночитаемому носителю данных согласно соответствующим пунктам прилагаемой формулы. Шаги способа в соответствии с изобретением могут выполняться процессором, снабженным такой компьютерной программой.The invention also relates to a computer program as well as a computer-readable storage medium according to the relevant paragraphs of the attached claims. The steps of the method in accordance with the invention can be performed by a processor equipped with such a computer program.
Изобретение также охватывает применение устройства в соответствии с изобретением для уменьшения явлений подсинхронного резонанса (SSR) в системе электропередачи, содержащей линию электропередачи, снабженную средствами компенсации реактивной мощности, а также такое применение в системе электропередачи, содержащей тепловую электростанцию, имеющую генератор, соединенный с одной или более ступенями турбин, которые являются наиболее преимущественными вариантами применения при использовании устройства в соответствии с изобретением.The invention also encompasses the use of the device in accordance with the invention to reduce the phenomena of sub-synchronous resonance (SSR) in a power transmission system comprising a transmission line equipped with reactive power compensation means, as well as such application in a transmission system comprising a thermal power station having a generator connected to one or more turbine stages, which are the most advantageous applications when using the device in accordance with the invention.
Другие преимущества, а также преимущественные свойства изобретения будут понятны из последующего описания.Other advantages as well as advantageous features of the invention will be apparent from the following description.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Далее следует подробное описание вариантов осуществления изобретения, представляемых в качестве примеров, со ссылкой на сопроводительные чертежи.The following is a detailed description of embodiments of the invention, presented as examples, with reference to the accompanying drawings.
На чертежах:In the drawings:
на фиг.1 представлен схематичный вид системы электропередачи, в которой механическая система соединена с электрической системой и в которой могут быть применены устройство и способ в соответствии с настоящим изобретением,figure 1 presents a schematic view of a power transmission system in which a mechanical system is connected to an electrical system and in which the device and method in accordance with the present invention can be applied,
на фиг.2 представлен весьма схематичный вид, иллюстрирующий устройство в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, используемым в системе электропередачи, имеющей указанную электрическую систему, подверженную возникновению в ней явлений электрического резонанса,figure 2 presents a very schematic view illustrating the device in accordance with the first embodiment of the invention used in a power transmission system having the specified electrical system, subject to the occurrence of phenomena of electrical resonance in it,
на фиг.3 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения,figure 3 shows a view corresponding to figure 2, a device in accordance with a second embodiment of the invention,
на фиг.4 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения,figure 4 shows a view corresponding to figure 2, a device in accordance with a third embodiment of the invention,
на фиг.5 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения,figure 5 shows a view corresponding to figure 2, the device in accordance with the fourth embodiment of the invention,
на фиг.6 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения,figure 6 shows a view corresponding to figure 2, the device in accordance with the fifth embodiment of the invention,
на фиг.7-9 представлены виды, показывающие различные способы добавления напряжения к напряжению со статорных обмоток в устройствах в соответствии с изобретением.7-9 are views showing various methods of adding voltage to voltage from stator windings in devices in accordance with the invention.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг.1 показана механическая система 1, соединенная с электрической системой 2. Механическая система содержит турбину 3, имеющую некоторое число ступеней 4-6, таких как ступени высокого давления, низкого давления и промежуточного давления, соединенных между собой с помощью валов 7 и соединенных с ротором 8 генератора 9 через вал 10 ротора.Figure 1 shows a mechanical system 1 connected to an
Электрическая система содержит статор 11 со статорными обмотками 12 генератора и линию 13 электропередачи, соединенную со статорными обмотками 12. Линия электропередачи имеет реактивное сопротивление, обозначенное как 14. Позицией 15 показывается, как к линии 13 для компенсации реактивной мощности присоединяется последовательная конденсаторная батарея.The electrical system includes a
Как уже объяснялось, в напряжении от статорной обмотки будут появляться подсинхронные составляющие напряжения как результат крутильных колебаний в механической системе на определенных частотах, которые могут быть определены уже на этапе изготовления механической системы. Эти составляющие будут создаваться только тогда, когда генератор, и соответственно ротор, принимает участие в рассматриваемой моде колебаний. Кроме того, подсинхронные резонансы могут возникать в электрической системе 2 из-за ее реактивного сопротивления 14 и емкости 15. Условия подсинхронного резонанса могут иметь отрицательное демпфирование таким образом, что амплитуда крутильного колебания в механической системе возрастает, что приводит к повреждению системы валов. Настоящее изобретение существенным образом уменьшает эти проблемы, предоставляя меры, позволяющие устранить связь между механической системой и электрической системой.As already explained, in the voltage from the stator winding, sub-synchronous voltage components will appear as a result of torsional vibrations in the mechanical system at certain frequencies, which can be determined already at the stage of manufacture of the mechanical system. These components will be created only when the generator, and accordingly the rotor, takes part in the vibration mode under consideration. In addition, sub-synchronous resonances can occur in the
На фиг.2 показано устройство в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, которое содержит элемент 16, выполненный с возможностью измерения тока на статорных обмотках. Повышающий трансформатор, не показанный на фиг.2-9, обычно располагается между генератором 9 и линией 13 электропередачи для повышения уровня напряжения, создаваемого на статорных обмотках. Измерение тока элементом 16 и измерения тока и/или напряжения в вариантах осуществления, описываемых ниже, осуществляется со стороны линии указанного повышающего трансформатора. Если принять, что механическая система имеет частоты механического резонанса при 10 Гц, 20 Гц и 30 Гц, а частота напряжения на статорных обмотках равна 50 Гц, то измеряемый ток будет содержать составляющие со следующими частотами в подсинхронном диапазоне: 40 Гц (50 минус 10), 30 Гц (50 минус 20) и 20 Гц (50 минус 30). Устройство также содержит средства 17 фильтрации, выполненные с возможностью фильтрации (устранения) измеряемых составляющих тока с указанными дискретными частотами. Устройство также содержит средства 18 в виде схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), выполненные с возможностью измерения частоты напряжения, генерируемого в указанных статорных обмотках при вращении ротора 8, и пересылки информации о ней в указанные средства фильтрации таким образом, чтобы можно было определить дискретные составляющие частоты. Устройство также содержит средства вычисления 19, выполненные с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих тока, напряжения, добавляемого к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих тока. Средства вычисления пересылают результат данного вычисления в схему 20, выполненную с возможностью добавления указанного вычисленного напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток, которое, в случае наличия указанного повышающего трансформатора, является напряжением после преобразования с помощью этого трансформатора, для обеспечения существенной компенсации указанных составляющих тока и тем самым также и соответствующих составляющих выходного напряжения 21 после добавления указанного напряжения. Возможные конструкции данной схемы 20 будут пояснены ниже со ссылкой на фиг.7-9, причем все они основаны на использовании преобразователя напряжения для получения соответствующих добавляемых напряжений.Figure 2 shows the device in accordance with the first embodiment of the invention, which contains an
Ширина полосы частот средств 17 фильтрации предпочтительно выбирается сравнительно узкой, что снижает номинал преобразователя, используемого в схеме 20 таким образом, что он может составлять менее 5% от мощности генератора 9, однако следует определить оптимальную ширину такой полосы частот, поскольку более широкая полоса частот будет повышать быстродействие устройства. Способ уменьшения явлений подсинхронного резонанса, который может реализовываться с помощью устройства, показанного на фиг.2, будет являться очень надежным благодаря измерению тока и регулированию его составляющих с дискретными частотами в сторону их уменьшения до нуля с возможностью одновременного существенного устранения таких составляющих с различными частотами.The bandwidth of the filtering means 17 is preferably selected to be relatively narrow, which reduces the nominal value of the converter used in
На фиг.3 показано устройство в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, содержащее элемент 22, выполненный с возможностью по существу непрерывного измерения значения скорости вращения ротора. Элемент 23 выполнен с возможностью вычисления, на основании изменения измеренных значений скорости вращения, составляющих напряжения со статорных обмоток с указанными дискретными частотами. Средства вычисления 19 и схема 20 выполнены с возможностью функционировать в соответствии со способом, описанным выше в отношении варианта осуществления, показанного на фиг.2.FIG. 3 shows a device in accordance with a second embodiment of the invention, comprising an
На фиг.4 показано устройство в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, которое содержит элемент 24, выполненный с возможностью измерения напряжения в статорных обмотках, и средства 25 для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеряемого таким образом напряжения. Средства вычисления 19 и схема 20 выполнены таким образом, чтобы функционировать в соответствии с вышеприведенным описанием.Figure 4 shows a device in accordance with a third embodiment of the invention, which comprises an
На фиг.5 показано устройство в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения, которое отличается от устройства, показанного на фиг.4, тем, что измерение напряжения здесь осуществляется элементом 26 в точке, находящейся за точкой добавления указанного напряжения схемой 20 к напряжению со статорных обмоток. Это означает, что добавление указанного напряжения с помощью схемы 20 будет приводить к исчезновению указанных составляющих в напряжении, измеряемом указанным элементом 26, соответствующих измерению тока в варианте осуществления, показанном на фиг.2.Figure 5 shows the device in accordance with the fourth embodiment of the invention, which differs from the device shown in figure 4, in that the voltage measurement is carried out here by the
На фиг.6 показано устройство в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения, которое содержит средства 27, выполненные с возможностью измерения крутильных колебаний в механической системе и передачи информации о них в средства вычисления 19, которые также получают данные об измерении тока со статорной обмотки и фильтрации результата измерения так же, как в варианте осуществления в соответствии с фиг.2. Средства вычисления 19 здесь выполнены с возможностью вычисления, на основании результата определения составляющих тока с дискретными частотами, а также результата измерения крутильных колебаний, напряжения, добавляемого к напряжению со статорных обмоток для получения активного демпфирования указанных крутильных колебаний, а схема 20 выполнена с возможностью добавления напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток с формированием демпфирующего крутящего момента в отношении вращающихся частей механической системы. Таким образом, это устройство может быть использовано для получения активного демпфирования таких крутильных колебаний, что может продлить срок службы компонентов механической системы.6 shows a device in accordance with a fifth embodiment of the invention, which comprises means 27 configured to measure torsional vibrations in a mechanical system and transmit information about them to calculation means 19, which also receive current measurement data from the stator winding and filtering the measurement result in the same way as in the embodiment in accordance with figure 2. The calculation means 19 is here adapted to calculate, based on the result of determining the components of the current with discrete frequencies, as well as the result of measuring torsional vibrations, the voltage added to the voltage from the stator windings to obtain active damping of these torsional vibrations, and the
На фиг.7 показан вариант осуществления схемы, которая может использоваться в любом из вариантов осуществления устройства в соответствии с изобретением, показанным на фиг.2-6, однако здесь она показана для варианта осуществления в соответствии с фиг.2. Эта схема содержит преобразователь 28 напряжения по нулевому потенциалу, предназначенный для запитывания вольтодобавочного трансформатора 29, соединенного со статорными обмотками. Схема 20 дополнительно содержит модуль 30 управления, выполненный с возможностью управления вентилями преобразователя 28 напряжения для запитывания указанного вольтодобавочного трансформатора 29 таким образом, чтобы указанные составляющие напряжения со статорных обмоток с дискретными частотами были существенно скомпенсированы.FIG. 7 shows an embodiment of a circuit that can be used in any of the embodiments of the device in accordance with the invention shown in FIGS. 2-6, however, it is shown here for an embodiment in accordance with FIG. 2. This circuit includes a
На фиг.8 показан другой вариант осуществления схемы 20, которая содержит преобразователь 28' напряжения по Н-мостовой схеме, соединенный с каждой фазой линии электропередачи со статорных обмоток для добавления указанного напряжения в соответствии с управлением от указанного модуля 30 управления для преобразователя.FIG. 8 shows another embodiment of a
Наконец, на фиг.9 показана схема 20 в соответствии с еще одним вариантом осуществления, которая содержит 3-фазный преобразователь 28″ напряжения, соединенный последовательно с повышающим трансформатором 31, соединенным с указанной статорной обмоткой по нулевому потенциалу трансформатора.Finally, FIG. 9 shows a
Изобретение никоим образом не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, и для специалиста в данной области техники должны быть очевидны возможности для модификации без отступления от основной идеи изобретения, определяемой в прилагаемой формуле изобретения.The invention is in no way limited to the embodiments described above, and those skilled in the art will appreciate the potential for modification without departing from the basic idea of the invention defined in the appended claims.
Следует повторить, что «напряжение со статорных обмоток» и «ток со статорных обмоток» могут быть напряжением и током на выходе повышающего трансформатора в том случае, когда такой трансформатор подключен к статорным обмоткам.It should be repeated that the “voltage from the stator windings” and “the current from the stator windings” can be the voltage and current at the output of the step-up transformer in the case when such a transformer is connected to the stator windings.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009113232/07A RU2406207C1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Method and device for electrical transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009113232/07A RU2406207C1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Method and device for electrical transmission system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2406207C1 true RU2406207C1 (en) | 2010-12-10 |
Family
ID=46306592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009113232/07A RU2406207C1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Method and device for electrical transmission system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2406207C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453021C1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Control device of deviations of voltage and reactive power of electric network |
| RU2588058C1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method for phase control of voltage in electrical system |
-
2006
- 2006-09-29 RU RU2009113232/07A patent/RU2406207C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453021C1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Control device of deviations of voltage and reactive power of electric network |
| RU2588058C1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method for phase control of voltage in electrical system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Devarapalli et al. | A hybrid modified grey wolf optimization‐sine cosine algorithm‐based power system stabilizer parameter tuning in a multimachine power system | |
| CN108631338B (en) | Method for inhibiting grid-connected subsynchronous oscillation of doubly-fed wind power plant | |
| US9467082B2 (en) | Method for damping drive train oscillations in a wind turbine generator | |
| US8258642B2 (en) | Method and system for resonance dampening in wind turbines | |
| US10374427B2 (en) | Parameter tuning approach for bypass damping filter to suppress subsynchronous resonance in power systems | |
| EP1875597A1 (en) | Integrated torsional mode damping system and method | |
| Amin et al. | Oscillatory phenomena between wind farms and HVDC systems: The impact of control | |
| US20100133915A1 (en) | Thyristor controllied series capacitor adapted to damp sub synchronous resonances | |
| EP4209675A1 (en) | Control of wind turbine during mechanical oscillation damping | |
| CN107834575B (en) | The inhibition device and method of compressed-air energy-storage system shafting torsional oscillation | |
| EP2067228A1 (en) | An apparatus and a method for a power transmission system | |
| CN101630844B (en) | Novel subsynchronous oscillation damping controller | |
| El Moursi et al. | Novel control strategies for SSR mitigation and damping power system oscillations in a series compensated wind park | |
| Abo‐Khalil et al. | Modeling and control of unbalanced and distorted grid voltage of grid‐connected DFIG wind turbine | |
| Zhou | Drive-train torsional vibration suppression of large scale PMSG-based WECS | |
| Verma et al. | Battery energy storage-based system damping controller for alleviating sub-synchronous oscillations in a DFIG-based wind power plant | |
| RU2406207C1 (en) | Method and device for electrical transmission system | |
| Wang et al. | Linear parameter varying control of a doubly fed induction generator based wind turbine with primary grid frequency support | |
| Yao et al. | Control strategy for suppressing the shafting oscillation of the grid‐connected DFIG‐based wind power generation system | |
| Shah et al. | Analysis, reduction and robust stabiliser design of sub‐synchronous resonance in an IEEE FBM augmented by DFIG‐based wind farm | |
| WO2011045263A1 (en) | Damping of drive train oscillations by dc-link absorption means | |
| CN102075135B (en) | Method for realizing stabilizer using internal potential frequency of generator as input signal | |
| Belyaev et al. | The suppression of slightly damped torsional oscillations in autonomous power systems | |
| Vivek et al. | SSR mitigation and damping power system oscillation in a series compensated wind generation system | |
| Mohammed | Power system transient stability enhancement by tuning of SSSC and PSS parameters using PSO technique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130930 |