TCR型SVC抑制电力系统次同步振荡研究.pdf
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1、第5 2卷第 l 5期 2 0 1 5年8月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me nt& I n s t r u m e n t a t i o n VO 1 5 2 NO 1 5 Au g 1 0, 2 01 5 T C R型 S V C抑制 电力系统次 同步振荡研 究 水 蔡婷婷 , 徐青山, 刘瑜俊 , 张卿杰 ( 东南大学 电气工程学院, 南京 2 1 0 0 0 0 ) 摘要 : 针对 目前 由串补电容引起的次同步振荡问题 日益严重的现象 , 文章拟利用 T C R型 S V C抑制次 同步振荡 。 通过对次 同步振荡与 S
2、V C的原理的研究 , 文章用 MA T L A B S I M U L I N K建立 了 T C R型 S V C仿真模型 , 并采用 I E E E第一标准的模型来验证文章建立的模型的有效性。通过次 同步振荡研究 的时域仿真技术得出第一标准 模型在安装 S V C时, 次同步振荡现象明显小于不安装 S V C时。文章进一步对 不同类 型 S V C在抑制次 同步振 荡的特点进行对比分析 , 对 T C R型 S V C进行优化 , 得出了改进后的 S V C对次同步振荡抑制的效果会进一步提 高的结论。 关键词 : 次同步振荡; T S C T C R S V C; 时域仿真 ; 抑制 ;
3、 优化 中图分类号 : T M 7 1 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 5 ) 1 5 0 0 2 6 0 8 Re s e a r c h o n s u b- s y n c hr o no us o s c i l l a t i o ns f o r TCR S VC s up pg r e s s i n g po we r s y s t e m C a i T i n g t i n g , X u Q i n g s h a n , Uu Y u j u n , Z h a n g Q i n g j i e ( S c h
4、 o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , S o u t h e a s t U n i v e r s i t y , N a n j i n g 2 1 0 0 9 6 , C h i n a ) Abs t r ac t :Ac c o r d i n g t o t h e pr e s e n t s e r i o us p h e no me n o n o f s e r i e s c a p a c i t o r c o mp e n s a t i o n i n d u c i n g s u b s
5、 y n c h r o n o us o s c i l l a t i o n s,t h i s pa p e r p r o p o s e d t o u s e TCR S VC t o s u p p r e s s t h e s u b- s y nc h r o n o u s o s c i l l a t i o n s Ba s e d o n t he r e s e a r c h o f t h e s u b s y n c h r o n o u s o s c i l l a t i o n s a n d S VC t h e o r i e s,t h
6、i s p a pe r u s e d MATL ABS I MUL I NK t o e s t a b l i s h TCR S VC s i mu l a t i o n mo d e l s Th e e f f e c t i v e n e s s o f mo d e l s wa s t e s t e d b y t he I EEE f i r s t s t a n d a r d mo d e l o f r e s e a r c hi ng s u b s y n c h r o n o u s o s c i l l a t i o n s MATLAB wa
7、 s u s e d t o do do ma i n s i mu l a t i o n o f t h i s mo d e l wh i c h wa s wi t h a n d wi t h o u t S VC Co mp a rin g t h e d i f f e r e n t t y pe s o f S VC S f e a t u r e s o n s u p p r e s s i n g t h e s u b s y n c hr o no u s o s c i l l a t i o n s,t h i s pa p e r i mp r o v e s
8、 t h e S VC b a s e d o n t h e c o mp a r i s o nTh e c o n c l us i o n c a n b e g o t t ha t t h e i mp r o v e d S VC h a s a be t t e r e f f e c t o n s u p p r e s s i n g t h e s u b s y nc h r o n o u s o s c i l l a t i o n s Ke y wo r d s : s u b s y n c h r o n o u s o s c i l l a t i o
9、 n s ,T S C T C R- S VC,t i me d o ma i n s i mu l a t i o n ,r e s t r a i n,i mp r o v e me n t 0 引 言 1 9 7 0年 , 美国 Mo h a v e 工程一 台7 5 0 MV A并列双 轴式汽轮发电机组在 5 0 0 k V输电系统投入, 该机组 放射式接人南 C a l i f o r n i a 2 8 3 k m( 1 7 6 m i l e ) 串补输电线 路的母线时 , 发生 了机轴损坏。 自从美 国 Mo h a v e 事故发生 以后 , 在学 术界和工业界 , 立 即掀
10、 起 了对 s s o ( 次同步振荡) 和大型汽轮发电机组轴系扭振 的 热潮 J 。I E E E工作组 曾经提 出了两个供次 同步振 荡研究的标准模型 J , 三次为次同步振荡更新了定 基金项 目: 国家 自然 科学基 金 资助项 目( 5 1 3 7 7 0 2 1 ) ; 江 苏省 高校 _ “ 青蓝工程” 项 目 一 2 6 一 义 , 且提出了相关术语 和符号 , 给出了次 同步振荡发 生的原因, 对次同步振荡问题进行 了分类 。除此 之外 , I E E E工作小组还跟踪总结了在 国际上与次 同 步振荡方面相关 的研究成果 , 并且 曾经五次将成果 总结刊登在 I E E E期刊
11、中, 与此同时, I E E E工作小组 给出了系列参考文献 , 以供研究人员参考 。 2 0世纪 7 0年代末 , 美 国的 N a v a j o电厂将励磁控 制的方作为该 电厂抑制 S S O措施之一 , 并投入 实际 运行 。8 0年代初 , 美 国某 电站利用 S V C装置来抑 制次同步振荡 。而我 国在 S S O方面 的研 究开始 较 晚, 但近几年 由于输 电距离增加 、 输 电量增大 , 现 采 用串联补偿 和直流输 电技术 以改善输送能力 , 因此 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 1 5期 2 0 1 5年8月 l O日 电
12、测与仪表 Ei e c t dc a l M e a s u r e me n t& I ns t r ume nt a fio n Vo I 5 2 No 1 5 Aug 1 0。 2 0 1 5 将 S S O问题成为现如今首当其 冲的重要难题 。 因此 , 有效地缓解次 同步振荡 的措施 的研究 与 提出已非常迫切 , 这对解决我 国直流输 电工程 存在 的次同步振荡问题 以及各串补送出工程存在 的次 同 步振荡问题均具有明显的工程意义。 1 S V C抑制次同步振荡原理 次同步振荡是一种 电力系统 的不正常 的运行状 态 , 此时 , 电网和汽轮发 电机组以一个或多个 比系统 同步频率
13、低 的振荡频率交换能量 , 对汽轮发 电机 轴 系的安全造成危害。 以简单的单机无穷大系 统为例 , 在 系统 同步频 率下 , 与电感相 比, 发 电机和输 电线路 的电阻、 变压 器的电阻都 比较小 , 为 了便于分 析系统电气部分 的 动态特性 , 可 以忽略电阻之后 , 获得 电容与电感相 串 联的电路 , 而这个 电路 自然存在着一个 自然电气振 荡频率 : 1 m o 匮 t 、 O J er 面 一。 ( 1 ) 因为 0 = 2 , , = 2 , 从而 : = ( r I z ) ( 2 ) AL E 因为 1) 0 = 2 ,所以 X L =X T + + 。 式 中 为
14、串联补偿 电容 电抗 ; X 为发 电机 内电抗 ; 为线路电抗 为系统的同步频率; 为总电抗。 显然 , 串联补偿度 X X 1 , 则 f o , 次 同步 频率是指串联电容补偿系统 的电气振荡频率 。不同 的电容 的补偿度不 同, 也会 得到不 同的 自然 电气 振 荡频率 。 而 S V C抑制次同步振荡的思想则是通过控制发 电机的转速进而改变发 电机 的扭转力 矩 , 发 电机 的 转速则是通过控制器在基于 P I D控制的基础上控制 S V C的触发角改变。 2 建模分析 2 1 T C R型 S V C建模 T C R模型 图如 图 1所示。晶 闸管控 制 电抗 器 T C R晶
15、闸管是由一个 电抗器和两个反并联 晶闸管串 联组成 。它能达到可以快速 、 平滑地 调节 电感 的作 用 。由于电感可 以实现储 能的作用 , 在 晶闸管控制 的电感 电路 中, 当晶闸管导通时 , 只有 回路 电流大于 零的情况下才能导致关断。延迟关断 的时间与触发 角 、 电源 电压 、 回路 电流间 的相位 角等 因素 有关 , 。 因此 , 对于双向开关而言 , 如果一个 晶闸管还 没有关 断, 另一晶闸管也就不 可能导通。此 时触 发方式应 选用宽脉冲或脉冲列触发 , 以此来保证 两个 晶闸管 的正常工作。两个 晶闸管也应该取相 同的触发延迟 角 , 以保证不会出现 由于正负半周波形
16、 的不对 称而 出现 的直流分量和偶次谐波。最初电抗器假设为纯 感性 的, 所以有效 的触发延迟 角 移相 范 围为 9 0 。 1 8 0。 一 图 1 T CR模 型 图 Fi g 1 Mo d e l o fTCR 在 T C R支路中, =9 0 。 , 晶闸管完全导通 , 导通 角 0=1 8 0 。 , 流过电感的电流呈正弦波形。9 0 。 1 8 0 。 时 , 晶闸管部分 区间导通 , 01 8 0 。 。等效 电纳随 着 增大而减小 , 等效 电抗增大 , 因此其吸收的无功 功率减小。综 上所 述 , 回路 电流可以通过改变 晶闸 管可控电抗器的触发延迟角( 9 0 。 1
17、8 0 。 ) 得 以控 制 , 而在此过程 中, T C R达到 了可变 电感的效果 , 它 所吸收的感性无功功率可 以在零到最大值间快速 、 平滑地调节。 T C R的等效 电纳值可以通过调节控制触发角的 大小而改变。触发角与补偿电抗器 的支路 电纳值关 系如公式 ( 3 ) 所示。 = ( 3 ) 式中 为晶闸管控制 电抗器 的触 发角 ; L为支路 电 感值 。 2 2改 良型 T C R S V C 将 T S C与 T C R并联 , T C R进行改 良, 具体的改 良 型 T C R S V C如图 2所示。T S C模型图如图 3所示 。 一 2 7 学兔兔 w w w .x
18、 u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 1 s期 2 0 1 5年8月 1 0日 电测与仪表 El e e t r i c a l M e a s u r e me n t& I ns t r ume n t a t i o n V0 I 5 2 N0 1 5 Au g 1 0, 2 01 5 I ? H A a I; Z L i - 。 Lj C Y g i I - 1 L L 0 I I j 7 V A1 6 k 、 r , D 毒 - I l I I 1 。 1 I I 0 。 0 ) 0 j - 上 上 TCR V n V a b c _ p r i m I TS C1
19、 TCR , r s C1 I SC2 TSC3 1 0 9MVa r 94MVa r 9 4MVa r 9 4MV TS C2 c s e V a b c s e c TSC3 2 0 0 图 2 改 良型 T C R模 型 图 F i g 2 I mpr o v e d mo d e l o f TCR 图 3 T S C模 型 图 F i g 3 Mo d e l o fTS C T S C是 由电容和两个反 向并联 的晶闸管串联构 成 。T S C和 T C R电源 电压相 同。通过对 阀的控制 , 可 以让 T S C中电容器呈现两个状态 : 电容器并联接 一 2 8 一 入系统或者
20、 电容器退 出运行。两 种状态相 比, 切 除 投运状态 的电容器更为简单 , 只要停止对 阀进行触 发即可。将电容器投入系统的关键是投入时刻 。而 其选择的标准则是该时刻的冲击涌流最小化。电容 器在接通期间 , 向系统注入 的无功功率可 以更加 连 续且平滑地调节 。 为了实现 S V C调节范围的增大 , 一个 S V C可以 根据补偿量的需要选用 T S C支路 的数量 。S V C可以 看成并 联在 系统 中的一个 可变 电纳 , 其 电纳 值 由 S V C的控制器决定。 2 3 改 良型 T C R S V C抑制次同步振 荡原理及模型 TCR _T S C型 S V C控制次同步
21、振荡模型如图4所 不 。 S V C先采集信号 , 将信号通过控制器 , 进行 内部 复杂的运算 , 产生可以控制 T S C和 T C R的脉冲, 进而 补偿装置产生反馈信号 , 根据此信号修正控制信号 。 控制器的输入信号是含有原动机扭振模式分量的测 量值 , 晶闸管控制 电抗器支路 电流可 以通过 晶闸管 触发角来进行调节 , 然后调节发电机 的输 出功率, 产 生阻尼转矩来抑制次 同步振荡。 控制器原理 图如图 5所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 1 5期 2 0 1 5年8月 l O日 电测与仪表 El e c t r i c a
22、 l M e a s ur e m e n t& I n s t r u m e n t at i o n V0 J 5 2 NO 1 5 Au g 1 0, 2 0 1 5 A - _ 、 豳 广 A。 R o t o r s p e e dwi n ( p u) B - J B , _ 盯 n f 、 V 曲 c I se T S c 3 V s vc c( ) n 删e r 图4 T C R JS C型 S V C抑制次同步振荡原理 图 F 4 S c h e ma t i c d i a g r a m 0 f TCR T SC s up p g r e s s i n g s ub
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- TCR SVC 抑制 电力系统 同步 振荡 研究
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