[其他]稳定汽轮发电机转轴扭振的装置

说明书

本发明涉及一种关于汽轮发电机转轴的扭转振荡与直流输电控制系统之间的相互作用问题的稳定装置。

汽轮发电机机械系统的阻尼Dm在机理上是取正值的（Dm＞0），尽管其值小但基本上是稳定的。在以直流输电传输电能时，在10至20Hz低频范围内恒定电流控制被认为是直流输电的基本控制，因此从发电机的角度观察，电气系统的阻尼De取负值（De＜0）（“HVDC-汽轮发电机扭矩的相互作用，一种新的设计依据”，M.P.Bahman，E.V.Larsen等，CIGRE    SC14-04，1980）。

当汽轮发电机轴系存在某些自然频率而其又在上述低频范围以内，如果直流功率增大，发电机的合成的阻尼（Dm+De）就取某一负值而变得不稳定。这样就产生轴的扭转振荡。针对这个问题，提出了基于直流控制系统的稳定方案。

在转轴扭转频率的整个范围内，次同步阻尼控制（以下称为“SSDC”）对稳定是有效的。当将汽轮发电机表示为N个质量的模型时，存在（N-1）个自然频率。设计了一个对这种振荡作总体性稳定的电路，将该稳定电路的输出施加到电流控制调节器（以下，称为“ACR”）的输出端。

在汽轮发电机转轴的扭转振荡与直流电力传输系统之间相互作用方面需要考虑四个问题。

（1）设计一个使重要的ACR和SSDC两个闭环不致相互干扰的控制系统是不简单的。对于SSDC，增加一个附加闭环控制，将其输出加到ACR的输出处。因此，认为与基本控制协调一致的控制设计对于各单个系统都是需要的，以便在轴的扭转频率范围内得到正的阻尼（De＞0）而不损害重要的ACR的高响应性能。

（2）有关详尽设计SSDC的专门技能是如此复杂，除设计者外无人能够理解。这个详尽的设计包括：在轴扭转频率整个范围内设定阻尼值，以便计算满足所设定值的SSDC的频率特性，从而得到与其近似的高阶传递函数;进行为获得反馈电路的传递函数的设计，以得到所需的开环传递函数。这样，详尽的设计就很复杂。

（3）SSDC的设计要照顾到与包括常规基本控制在内的交流/直流系统有关的相当简单的模型。尤其是在发电机的情况下，由于采用了一个只计及角速度的变化量Δω的简单的电压模型，对于以其为依据的稳定方案，当应用于真实系统时，认为需要事先进行仿真器研究或现场校验。

（4）稳定信号是通过发电机电流补偿从交流母线电压中取出发电机的内部电压得到的，以便取得一个尽量接近发电机Δω的稳定信号，再将这样得到的内电压输入给一个频率检测器。然而，还是不能说关于任何其它的信号是否都能用作稳定信号的研究的任何可能方面都已经顾及了。

考虑到对上述（1）至（4）项的研究，本发明的目的是提出一种稳定装置，该装置减小直流输电的控制系统与汽轮发电机转轴的扭转振荡之间的相互作用而不损害直流传输所固有的高响应性能，从而比较容易设计。

为了达到这个目的，本发明的实现过程如下：首先假定汽轮发电机的基频与其轴系所含的自然频率分别用f₁和fm表示。利用带通滤波器分别检测出次同步分量（f₁-fm）与超同步分量（f₁+fm）。如此测得的这些分量利用发电机相位θG至少在d和q轴之一进行变换。从而，得到次同步分量与超同步分量的Δid和Δiq中的至少一个。将由此得出的该分量通过一个带通滤波器，就得到一个稳定信号。这样获得的稳定信号被用来对直流输电中的变换器进行控制。

亦即，这个稳定信号是根据下列参数形成的。

1.次同步分量和超同步分量的d、q轴转换变量Δid与Δiq，这些分量是基频电流的边频带波。

2.同步电路锁相环（以下称为“PLL”）的同步相位误差Δθep。

通过稳定信号检验稳定效果，是在利用EMTP（由在美国的Bonneville电力管理局开发的电磁暂态程序）对闸流管换流在内的交流/直流系统的瞬时值进行计算的基础上进行的。EMTP的发电机模型的开发是用来分析这种转轴扭转振荡的。采用包括各级汽轮机即高、中、低压缸和发电机作为各质量点的N-质量模型。其控制系统，特别是为进行相位控制的PLL对与一个真实系统等效的系统进行模拟。因此，有可能以与真实系统相近的方式进行检验。

目前，尚无能够对与真实系统相比拟的多质量点进行模拟的用于汽轮发电机的模拟器。因此，认为按照EMTP模拟对轴扭转振荡的分析做检验是最好的。

现将利用相量图和稳定信号的功能叙述轴扭转振荡的稳定机理。

在交流/直流闭环中轴系扭转系统是开路的条件下，考虑到电磁转矩Te和发电机转子转速ω可能因轴系扭振而发生变化，则有：

ΔTe/Δω＝De+jKe    （1）