基于傅里叶变换的汽轮机转子转速控制研究.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月绵阳师范学院学报(自然科学版)().收稿日期:基金项目:四川省自然科学基金项目()第一作者简介:刘影()女四川成都人副教授博士研究方向:智能电网电力系统及其自动化 基于傅里叶变换的汽轮机转子转速控制研究刘影陈贵刚景致远谢驰(.电子科技大学机械与电气工程学院四川成都.成都锦城学院四川成都)摘 要:配电网中的次同步振荡会对汽轮发电机中的转子转速产生影响 通过傅里叶分析方法计算得出配电网中次同步振荡频率在汽轮发电机的转子转速控制系统中通过调节励磁系统中锁相环的频率合成减小励磁电流的波动实现对汽轮发电机的转子转矩控制 仿真结果表明在电网出现短时扰动时汽轮发电机的转速没有出现大波动
2、实现了对次同步振荡的有效抑制 关键词:汽轮发电机 傅里叶分析 次同步振荡 转子中图分类号:文献标志码:文章编号:():././.(.):.:引言高压直流输电相比于交流输电方式在发生故障时能够快速发现故障并将其恢复以及具有降压启动和再启动的优点 高压直流输电系统所使用的架空线路成本低、传输电能的效率也较高目前高压直流输电已广泛应用 但随着输电高压等级越来越高、容量越来越大和距离越来越远容易受到静态和动态稳定极限等因素的影响产生次同步振荡 次同步振荡较容易和大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率产生谐振如果不加以抑制措施会对汽轮发电机的转子造成很大的损坏严重时甚至会造成转子本体的断裂 高压直流输电系统的
3、次同步振荡现象一直是高压直流输电的研究热点 目前对系统次同步振荡的分析主要采用前期监测和检测后的精确分析方法 对于前期的监测主要是对汽轮机发电机组的相关运行数据和运行情况进行监测并对电机轴系中的相关数据进行记录通过对数据的分析来对发电机轴系长期运行中的状况和出现损伤的程度进行判断采用机组切除实现对汽轮机转子转速控制 对次同步振荡的分析方法文献提出了等效电阻电抗值分析法文献提出了发电机相互作用分析法 这两种方法主要是用来判断电力系统中哪些汽轮发电机发生了次同步振荡现象文献的方法需要有汽轮发电机组轴系运行时的参数并通过对轴系运行方式调整实现对次同步振荡的控制该方法响应速度快但只能对整个电力系统的次
4、同步运行情况做出比较粗略的评估而且分析结果与运行结果偏差较大 文献提出了复合力矩分析法文献提出了本征值分析法 这一类方法要求有汽轮发电机组轴系运行时的详细参数而且还要有比较详细的数学模型运算方式比较复杂运算速度很慢 因此本研究在傅里叶分析的基础上从高压直流输电系统变流装置电气特性出发计算系统的次同步振荡频率通过调节汽轮发电机的励磁系统输出实现次同步振荡控制 图 变流站的电路结构模型.次同步振荡产生机理高压直流输电系统中汽轮发电机产生的电能是通过变流器转换以直流的形式进行传输 图 为搭建的变流站的电路结构模型 当高压直流输电系统的变流站与系统的汽轮发电机在距离上十分接近时在发电机的转子上施加一个
5、干扰量 在各设备上的电气量变化过程如图图 电气量变化过程.所示 发电机转子转速的变化将会使交流输电线路电压的大小 和相角 发生改变从而使施加的干扰量随着交流输电线路传递到变流站线路上 变流站中三相桥式全控整流电路的触发延迟角发生 变化 引起直流输电线路电压和电流 的变化使直流输电功率发生变化变化值为 电网的功率波动又会影响发电机的转子转矩产生波动 发电机的转子速度发生变化最终形成越来越强的轴系振动而危害转子本体安全 绵阳师范学院学报(自然科学版)基于 的转子转速控制把变流装置的三相电压以傅里叶级数和的形式表示如式()所示:()()()在变流装置的整流过程中三相电压在式()中的系数 为:.()式
6、()中 当变流装置两端的交流输电线路和直流输电线路上存在次同步振荡时此时交流输电线路上每一相的电压 都是不对称的它们的数学表达式是:()()()式()中 的 值分别表示负序零序正序 为次同步振荡频率 由上述三个式子可以得到三相不对称的交流电压在经过变流装置变为直流电后它的电压 为:()()()()()式()中 为输电线路的工作频率 仅考虑负序电压和正序电压时在交流输电线路上流过次同步振荡 频率会在直流输电线路上感应出频率为()和()的电压分量 其中的频率分量 是超过同步频率的分量这种频率分量会逐渐被抑制而 频率分量会经过高压直流输电系统的交流输电线路传输到系统的直流输电线路上汽轮发电机组的转子
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