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可控串补的次同步振荡阻尼特性研究

刘敏  
【摘要】:近年来大容量汽轮发电机组不断投运,远距离送电时大都需要借助串联补偿技术来解决功率送出的问题,故而与此相关的轴系扭振问题将更加突出;另外随着可控串补(TCSC)应用的日益增多,所面临的实际运行状况也更加多样,考验也日趋增多。而现有关于TCSC对次同步振荡(SSO)阻尼作用的研究虽多,却在一些方面仍然存有争议,为了充分掌握TCSC的特性,为其有效的运行提供理论指导,非常有必要对TCSC抑制SSO的能力方面做更进一步的研究。本文即以其次同步振荡阻尼特性为研究对象,针对已有研究存在的问题,重点对TCSC的次同步频率阻抗特性、应用于SSO分析的TCSC模型、含TCSC系统的扭振稳定性分析方法、影响TCSC阻尼SSO作用的因素以及TCSC的SSO附加阻尼控制进行了深入的研究,主要内容包括: 1.针对TCSC次同步频率阻抗特性已有研究中存在的不足,建立了一种基于合适的电源激励、考虑不同触发同步方式、计及次同步频率分量对晶闸管导通开断影响的TCSC次同步频率阻抗特性的独立解析分析方法。依据该方法详细分析了TCSC次同步频率阻抗特性异于固定串补(FSC)的原因,并全面考察了触发同步方式、晶闸管触发角、次同步频率、主电路参数对此阻抗特性的影响作用。 2.将TCSC次同步频率阻抗计算应用于频率扫描法,继而根据系统等效阻抗、系统电气阻尼系数、扭振模式的衰减因子、发电机轴系模式参数之间的关系,建立了通过频率扫描对含TCSC系统的轴系扭振稳定性进行初步评估的方法,从而解决了传统的频率扫描法无法应用于含晶闸管元件的TCSC系统的问题,同时还以图形的形式直观形象地说明了如何根据系统次同步频率等效阻抗来分析扭振的(不)稳定程度。 3.依据动态相量建模方法,在一定的假设条件下,分别建立了基于线路电流过零点触发、等间隔触发的开环以及闭环恒阻抗控制的TCSC动态相量模型,从而拓展了此建模方法在TCSC触发同步方式和控制策略方面的应用。为方便模型接入网络进行系统分析,还利用PSASP的自定义建模功能以注入电流的形式实现了这些模型。在此基础上,采用特征值分析法将其与EMTP时域仿真进行了比对,结果验证了动态相量模型的正确性。 4.以IEEE First Benchmark Model系统为例,分别采用频率扫描法和特征值分析法,比较了只采用FSC、TCSC以及二者配合使用时各扭振模式的稳定性,同时考察了TCSC触发控制方式、晶闸管触发角、控制参数、主电路参数以及与FSC配合使用时其所占补偿比例等因素对阻尼作用的影响。结果表明TCSC具有一定的阻尼SSO的能力,但并非在任何情况下扭振模式的阻尼情况均优于FSC;不同的触发控制方式、控制参数、TCSC主电路参数以及FSC和TCSC配合使用的比例对不同串补度区域的阻尼产生不同的效果,故触发控制方式及各参数的选取需做多方面的权衡。 5.提出了一种兼顾阻尼效果和控制可靠性的TCSC的SSO附加阻尼控制策略。该策略以基于远端转速偏差信号的阻尼控制为主用,基于本地电气量信号的控制为备用,当远端信号传输中断或延时波动过大时,迅速由主用控制切换至备用控制,从而避免了单一远端信号控制可靠性不足、单一本地信号控制效果不理想的问题。时域仿真的结果验证了此主备控制策略的有效性。


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