基于電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制與工業(yè)樣機(jī)實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著國(guó)內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，其區(qū)域互聯(lián)程度的加深和遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電線路的大規(guī)模構(gòu)建在逐步實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)電力資源優(yōu)化配置和提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的同時(shí)，也逐漸形成了一種多組耦合緊密的發(fā)電機(jī)群弱聯(lián)系結(jié)構(gòu)。此外，高增益的傳統(tǒng)晶閘管快速勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用也削弱了系統(tǒng)的電氣阻尼。由此帶來(lái)的問(wèn)題則是增加了系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而嚴(yán)重影響到遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電線路的輸電容量和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　雖然發(fā)電側(cè)采用安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定

2、器以及系統(tǒng)輸電側(cè)采用交流串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)、直流輸電技術(shù)以及柔性交流輸電技術(shù)能夠增加電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電容量和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，但由此可能產(chǎn)生的次同步振蕩問(wèn)題則會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)軸系造成疲勞損害，久而久之危害到系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的安全性和可靠性。隨著國(guó)家“十三五”期間對(duì)電網(wǎng)的深度建設(shè)，該問(wèn)題的嚴(yán)重性將會(huì)愈發(fā)凸顯。
　　未來(lái)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展方向是能可持續(xù)化發(fā)展和高度智能化的第三代電網(wǎng)，因而對(duì)電網(wǎng)技術(shù)的革新提出了更高的要求。新型電力電子設(shè)備作為影響未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展

3、的關(guān)鍵技術(shù)之一將從發(fā)、輸、配電等方面對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)巨大影響。本文則針對(duì)系統(tǒng)低頻振蕩和次同步振蕩兩大電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，對(duì)基于電壓源型變換器的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，主要內(nèi)容如下：
　　首先，提出并研究了基于電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)在單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)下的次同步振蕩阻尼控制策略。建立了適用于次同步振蕩研究的勵(lì)磁系統(tǒng)等效數(shù)學(xué)模型。在IEEE次同步振蕩第一標(biāo)準(zhǔn)模型和第二標(biāo)準(zhǔn)模型I型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法原理和相位補(bǔ)償原理提出了

4、基于電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制器的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)原理。而后，通過(guò)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法和時(shí)域仿真研究分析了次同步振蕩阻尼控制器在改造后的IEEE第一標(biāo)準(zhǔn)和第二標(biāo)準(zhǔn)模型 I型系統(tǒng)下抑制不同類型次同步振蕩的效果，并從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度分析比較了不同容量電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)次同步振蕩的抑制情況。
　　其次，提出并研究了基于電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)在兩機(jī)系統(tǒng)下的次同步振蕩阻尼控制策略。以次同步振蕩IEEE第二標(biāo)準(zhǔn)模型II型系統(tǒng)為研究基

5、礎(chǔ)，分析了復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法在兩機(jī)系統(tǒng)下的適用性條件。基于相位補(bǔ)償法原理，提出了適用于兩機(jī)系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制器設(shè)計(jì)方法。結(jié)合復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法和時(shí)域仿真分析了阻尼控制器抑制次同步振蕩的可行性。此外，探討分析了阻尼控制器對(duì)發(fā)電機(jī)組在不同運(yùn)行工況下為系統(tǒng)提供電氣阻尼轉(zhuǎn)矩的情況。
　　然后，在較成熟的基于電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)在低頻振蕩問(wèn)題上的理論研究基礎(chǔ)上，從工業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)用以解決系統(tǒng)低頻振蕩的目的出發(fā)，詳細(xì)介紹了基于電壓源型變換器的勵(lì)磁系統(tǒng)

6、工業(yè)樣機(jī)的設(shè)計(jì)思路和工業(yè)化成型方法，新型勵(lì)磁控制策略的實(shí)現(xiàn)和勵(lì)磁控制系統(tǒng)的構(gòu)建和嵌入式軟件的規(guī)劃設(shè)計(jì)。
　　最后，研制了一套基于電壓源型變換器勵(lì)磁系統(tǒng)工業(yè)樣機(jī)用于某實(shí)際水電站10MW水電機(jī)組晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)的改造工程以及抑制系統(tǒng)低頻振蕩的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)時(shí)域仿真首先驗(yàn)證了新型勵(lì)磁控制策略的有效性。通過(guò)一系列動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)了所研制工業(yè)樣機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、功能完整性、應(yīng)對(duì)非常規(guī)運(yùn)行狀況時(shí)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性，以及關(guān)鍵