第13章 电力系统的次同步振荡及轴系扭振.ppt

2 多质块弹性轴系2.3 多质块轴系模式解耦(续) 定义 为相应扭振频率下系统的机械阻尼系数。则系统扭振不稳定的条件是 由于 0，故发电机轴系扭振时，必然相应模式下的电气阻尼系数 0，这是扭振的必要条件。 定义不同 值时的复数力矩系数 计算不同 值时的复数力矩系数值，由此判断扭振稳定性的方法称为复数力矩系数法。 3 感应发电机效应 同步电机经串补电容的线路接到无穷大系统(见图13.3)中，在一定条件下，会发生次同步谐振(SSR)，谐振频率即系统LC谐振频率，在发电机相电流、相电压中均有此成分。 3 感应发电机效应(续) 设串补电容补偿度为k，即 式中， 为工频。若发电机等值次暂态电抗 ，则由式(17)，此LC电路发生电谐振的角频率近似为 即谐振频率为次同步频率。 3 感应发电机效应(续) 根据叠加原理，设同步机在正常工况下的电量外，在定子侧叠加了 成分电量，而转子侧由于阻尼绕组存在，相当于一台异步机转子，而叠加了频率为 的定子电流感应出的转子电流。若忽略凸极效应，则同步电机的等值异步机电路如图13.4虚线左侧部分。图中 分别为定子、转子绕组的漏抗及电阻； 为互感抗；s为滑差。对于一台异步机，s的定义为 3 感应发电机效应(续) 这里s0 (因为 )，这说明对于SSR频率 ，同步机相当于一台异步发电机，从而可向电网提供维持分量 的能量，若此能量足够大且大于电阻 R 的损耗就能使SSR持续下去。 图13-4中电路的算子形式视在阻抗Z(p) 为 令 ，若 (电气阻尼为负值)， ≈0 (LC串联谐振，视在电抗为零)，则系统将发生谐振。 3 感应发电机效应(续) 感应发电机效应可采用等值阻抗分析法近似分析 先建立系统视在阻抗表达式Z(p)——同步发电机均用异步机等值电路描述。 再令 ( 为次同步频率)，设 ,作 曲线。 根据 找出串联谐振点，并观察相应 值。若为负值，则认为此频率下可能会发生SSR。 等值阻抗法缺点： 没有考虑发电机及其调节器动态对SSR的影响； 没有考虑系统运行工况对SSR的影响； 难以计及同步电机中工频分量和次同步频率分量间的相互作用。 等值阻抗法优点： 较明确地反映了网络结构、参数及发电机参数对SSR的影响； 分析简便，物理概念清楚，可适用于较大的系统。 4 机电扭振互作用 含有串补电容的输电系统中发电机的“感应发电机效应”会引起电气系统持续的次同步谐振。当电谐振频率和发电机轴系的自然扭振频率成一定关系时，还可能发生由于发电机轴系和电网络间的相互作用而引起轴系扭振不稳定，造成轴的破坏，通常称之为“机电扭振互作用”。 对于图13.3的单机无穷大系统，可用复数力矩系数法近似地分析机电扭振互作用。 4 机电扭振互作用(续) 复数力矩系数法分析 设发电机轴系第k个质块有一频率为μ的正弦扭转摄动 在此扰动下发电机的电磁力矩 为 则相应复数力矩系数为( )。当μ接近某个轴系自然扭振频率，设为第 j 个解耦模式，且当 系统会发生扭振不稳定。 为第j个解耦模式相应的机械阻尼系数。 4 机电扭振互作用(续) 通过计算可得 式中，R为系统视在电阻， 为电气次同步谐振频率， 为机械扭振频率， 为定子绕组磁链幅值。 4 机电扭振互作用(续) 机电扭振互作用引起扭振不稳定的另一个条件是 即机械扭振自然频率 和电气谐振频率 互补 (二者之和为50Hz工频)。这一条件较为苛刻，现代电网大量使用串C补偿，且补偿度增大，而且大容量发电机发展为大转动惯量的多质块轴系，从而使二者互补的机会增加。 机电扭振互作用发生时，设 ，有 ，为负阻尼，从而电磁力矩助增 扰动。若