[发明专利]用于输电系统的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及输电系统中的振荡，该输电系统包括：电站，其具有电力发电机，该电力发电机的转子包括在机械系统中，而电力发电机的定子绕组连接到从发电机馈送电力、并且易于发生电谐振现象的电气系统。 

背景技术

因此，电气系统具有使其中能发生电谐振现象的特性，这意味着电气系统包括电容以及电抗，并且这种电气系统的一种类型包括带无功功率补偿的输电线路，其中，将由线路电抗和串联电容器组来产生电串联谐振。还覆盖了易于使其中发生电谐振现象的其它类型的电气系统。 

所述电站可以是用于发电的任何类型的电站，但由于本发明所要解决的问题特别着重于热电站，因此在此将提及并且简要讨论这种电站，该电站中，发电机和不同的涡轮级通过一组轴连接成串。在第一近似方式中，发电机和涡轮级可以被看作具有相当大惯性力矩的刚性体，而轴是具有表征每单位力矩的角度转动的给定弹簧常数的某种程度的弹性体。刚性体和扭转轴的这种组合表现出在某些频率(所谓的“模态频率”)的机械谐振。当设计涡轮发电机轴系统时，可以精确计算并确定如此形成的机械系统的这些所谓的机械谐振频率。一定“振型”与每一谐振频率关联，并且其显示出在特定模态频率处不同主体的相对摆幅。在此仅对发电机的转子所参与的这些机械谐振频率感兴趣。这些机械谐振频率一般出现在标称网络频率f_N(即所述电气系统中的频率，其可以是例如50Hz或60Hz)之下，其被定义为“次同步频率范围”。相应地，这样的机械谐振频率f_m典型地可以是例如13Hz、25Hz、38Hz等等。 

这意味着来自发电机定子绕组的电压将具有含有所述次同步频率范围中的一个或多个离散频率的分量，该一个或多个离散频率各自是与转子的旋转速度对应的发电机电压频率减去机械系统的相应机械谐振频率(相应地，f_N减去f_m)。在某些情况下，当连接到发电机的所述电气系统中易于发生电谐振现象时，这可能造成严重问题。通过示例的方式，现将简要 讨论包括输电线路的这种电气系统。电气传输系统中的长线路表现出相当大的电感，由于角度和电压稳定性需求，这种大电感使得线路上所允许的功率传递减小。与线路电感再电感(re-inductance)引起的正电抗串联的、提供负电感的固定串联电容器组的插入减少了线路的有效电抗，使得线路的最大功率传递能力增加。然而，同时，线路电抗和串联电容器组将产生电串联谐振。当仅补偿一部分线路电抗时，作为来自发电机定子绕组的电压的所述电压分量，电谐振的谐振频率显现为低于网络频率f_N，即在所述“次同步频率范围”中。 

当满足以下条件时，可以建立被称为次同步谐振(SSR)的情形：机械系统具有在频率f_m的扭转谐振，振型是这样的：发电机参与在频率f_m的扭振，电气传输系统展示出在频率f_N减去f_m的电谐振，并且具有频率f_m的摆动模式的机械阻尼低。当发电机负载低、使得连接至其的涡轮空闲时，尤其出现后者的情况。 

这种SSR情形可以具有负阻尼，从而扭振幅度增加，使得机械系统的部件(例如轴)可能受损。因此，SSR情形可能导致电力系统的灾难性故障。 

现有技术

US 5801459描述了一种用于连接在电力线上的串联电容器的方法和控制设备，其目的是抑制次同步谐振发生。然而，这种控制方法依赖于系统中正机械阻尼的存在，其主要障碍在于，在系统设计阶段，难以确定机械阻尼的定值。因此，必须基于据先前经验所获得的假设机械阻尼值来估计SSR的风险。 

发明内容

本发明的目的在于提供可靠并且有效的装置，使得能够减少上述类型的输电系统中的次同步谐振现象。 

根据本发明，通过提供一种装置来实现该目的，所述装置包括：用于确定来自所述定子绕组、具有一个或多个离散频率的电压分量的装置，该一个或多个离散频率是与所述转子的旋转速度对应的发电机电压频率减去所述机械系统的机械谐振频率；用于基于所述确定结果来计算待加到来自定子绕组的所述电压上的电压以便减少电力系统中的次同步谐振现象 的装置；以及用于将计算出的所述电压加到来自定子绕组的电压上以便减少所述输电系统中的次同步谐振现象的设备。