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第四卷第三期 IEEE 能 量 转 换 汇 刊 Vol.4 No.3 1989年9月 IEEE Transactions on Energy Conversion Sep.1989 基于移相器的次同步振荡阻尼 凯鑫1 , George L. Kusic2 （1. IEEE会员 Ratelco电子公司, 华盛顿 西雅图 商业街1260, 98109; 2.IEEE高级会员，匹兹堡大学 电气工程系，宾夕法尼亚州 匹兹堡市 15261） 摘要：大型汽轮发电机中的次同步振荡现象是汽轮发电机轴系和电力网络串联电容补偿相互作用的结果。在这篇文章中将会介绍一种抑制次同步振荡的方法，这种方法使用晶闸管控制的移相调制发电机有功功率发电机的转速和/或模态速度偏差为移相控制信号一特征值分析方法来研究这种方法的为了验证分析结果，在第二个IEEE SSR的研究基准详细的非线性发电机模型[1,2]。 除了串联电容器以为，系统中还存在着其它的次同步振荡源诸如高压直流输电系统或电力系统稳定器等[3]。次同步振荡能引起汽轮发电机组件轴系疲劳，这种疲劳直接缩减了汽轮机轴承的使用寿命。此外，在某些情况下，振荡还可能导致汽轮发电机定子轴承严重损坏。在70年代早期，莫哈维电厂的一起次同步振荡事件就造成了汽轮发电机组轴系的损坏[4]。从那时起这个问题开始受到学术界[5,6,7]的极大关注，并且新的分析方法不断得以推出。 当一个进行串联补偿的电力系统的自然频率和汽轮发电机组的扭转模态相互作用时，就会发生次同步振荡效应，由此生成一部分与转子速度偏差同相的次同步转矩[3]。这个转矩将推动转子振荡并且使振荡幅度随时间成倍增长。人们已经提出了一些通过调节实际的潮流来抑制次同步振荡的方法，（89 WM 026-6 EC 该文章受到美国电力工程学会下的美国能源发展和发电委员会的推荐和批准，并于1989在IEEE/PES 冬季会议上得以陈述，时间是1989年1月29日至2月3日，在纽约。1988年9月1日提交了手稿，于1989年1月19日印刷） 这些方法包括使用动态电感，电阻模块以及利用传输电流反馈控制来调节发电机的输出功率。移相器也可以用来调节发电机的有功功率以及给扭转模态提供补充性的阻尼[10]。 这篇文章进一步研究了移相器基于IEEE第二个SSR基准的系统—模态下抑制次同步振荡的效果。这项研究表明，除了发电机速度偏差量可以作为移相器的控制信号外，模态速度传感可以为相关的模态振荡提供明显的正阻尼作用。 在电力网络里移相器的放置方式能够影响功率的调节。事实表明，一个移相器提供的补充性阻尼效果不仅是网络放置方式所起的作用，而且也依赖于电容器的补偿水平。就基于简单的IEEE第二基准下的系统—1网络而言，发电机端子和其它输电线路上的移相器的放置方式正在被人们研究和比较。 1 分析 发电机和电力系统 IEEE第二基准模态下的系统—1可以被用来分析和计算机仿真研究[11]。如图一所示这个系统包含有一个两极，容量为600MVA，极端电压为22KV的汽轮发电机组，这个发电机组通过一个三线网络连接到无穷大系统，三线网络中的两条平行输电线中的一条是串联电容器补偿。图一中标出了移相器可能放置的几个地方，串联补偿是按线路电抗的百分比设计并且也只能离散化调节改变补偿量。 图1: 系统—1 网络 汽轮发电机的轴包含四个模块：励磁机（EXC),，发电机转子（GEN），一个低压缸（LP）和一个高压缸（HP）。这个轴系在频率24.65Hz，32.39Hz51.1Hz处有三个扭转模态。最后一个扭转模态对于其特征值来说有一个很小的实部，因此它的时间衰减率（或增加率）是微不足道的，所以这种模态阻尼是可以忽略的[11]。前两种模态对于串联补偿是不稳定的，在这种分析中要用到一种“全模态”模型，这里一种扭簧质量模型被用来描述轴系。帕克的两轴模型[12]被用来描述发电机和电力系统。一个阻尼绕组和一个励磁绕组表示转子电路的d轴，而两个阻尼绕组表示q轴，变压器和传输线路由集总参数表示，系统中所有数值是以标幺值的形式给定[11]。 图二所示是一幅相移电路，它的输出是Φ且输入是Δω，控制信号由方程（1）中的传输函数描述。 图2：一种移相器的结构 Φ=Δω 这里Δω是控制信号。 G作为控制器的增益，是受移相器中晶闸管的额定值限制的；并且T作为控制器的时间常数，是由控制电路决定的。皮特虎兹先生是西屋电气公司的一名研究人员，他建议对于现有设备来说，移相器的角度改变范围应该小于6度或0.105弧度。在分析中，使用的G的最大值是15，而在仿真中所用的