采用SVC抑制发电机次同步谐振的理论与实践
【精品】浅谈SVC的原理及作用
浅谈SVC的原理及作用超（特）高压运行检修公司自贡中心涂洪骏1．摘要：介绍了静止补偿器(SVC)的工作特性、基本原理、运行方式，重点针对SVC的作用进行了分析。
2．关键词：静止补偿器，静止无功发生器和吸收器，无功补偿，SVC3．引言现代工业系统中，诸如交流电弧炉、电气化铁路、大型轧钢机等均属于动态变化的非线性负荷。
这类负荷的特点是有功功率与无功功率随时间作快速变化，由于其非线性和不平衡的用电特性，使供电电网的电压波形发生畸变，引起电压的波动、闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率的波动，而且向系统注入大量的谐波，对电网的电能质量构成了严重的威胁。
近年发展起来的静止型无功补偿装置(StaticVarCompensation，以下简称SVC)[1]，是一种快速调节无功功率的装置，已成功地应用于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。
这种装置在调节快速性、功能多样性、工作可靠性以及投资和运行费用的经济性等方面都比同步调相机有明显的优点，取得了较好的技术经济效益，因而在国内外得到较快的发展与实际应用。
2.静止无功补偿装置(SVC)的分类及原理SVC目前广泛应用于输电系统和负载无功补偿，根据国际大电网会议将SVC分为：1、机械投切电容器（MSC）型；2、机械投切电抗器（MSR）型；3、自饱和电抗器型（SR)型；4、晶闸管投切电容器型（TSC)型；5、晶闸管投切电抗器型（TSR)型；6、自换相型（SCC)型；7、晶闸管控制电抗器型（TCR）型。
其典型代表是晶闸管控制电抗器＋固定电容器（TCR＋FC）、晶闸管投切电容器（TSC）、以及磁控电抗器＋固定电容器（MCR+FC）等。
2.1晶闸管控制电抗器TCR＋FCTCR通过调节晶闸管的触发角α，实现连续调节补偿装置的无功功率。
利用TCR回路吸收的感性无功功率，可以对无功功率进行动态补偿，使得并联滤波器中多余的无功功率得到平衡，确保补偿点的电压接近维持不变。
其基本组成如下图1所示。
静止无功补偿器抑制发电机次同步振荡的效果仿真研究
卫
（ Ｄ
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∞ ０
频 率 的模式 下发 生机 械扭转 振荡 。与 电气 网络发 生 能 量交 换 ； 电气 系统通 过 电磁力 矩影 响机 械 系统 ， 机
口 。
３ ∞
∽ ∽
设发电机转子在一个扭转频率厂 珈 下发生机械扭 械 系统 则通 过发 电机 转子 的角 速度 变化 影 响发 电机 转 振荡 ， ｍ邑 出电枢电压分量频率 ， 厂 导 台 其表达式为 ｆ ｏｍ ， ＃ 。当其 中 的次 同步频率 分量 接近 于 电气谐 振 ￣ｆ － ｆ 感 应 电势 和 电气 系统 。
．
次 同步 振荡 有 可 能 引起 发 电机组 大 轴 的损 坏 ，
频 率 时 ， 在 发 电机 电枢 中产 生一 个 附加 磁 场 ， 将 该 磁 场 能产 生使发 电机 转 子振 荡加 强 的转 矩 ，这样 以 来 由次 同 步 电压 分 量 导致 的 次 同 步 转 矩 将 得 以维 持 。如果 次 同步频 率分 量 和转子 转速 增量 的相 位接
１１ 扭 转 相 互作 用 ．． ２
固
气谐振频率互补 ． 就会产生扭振放大作用 ， 损坏发电 机 的 轴 系 统 。次 同 步 机 电共 振 或 称 为 次 同步 振 荡
（ｕ —ｙ ｃｒｎｕ ｅｏａ ｃ 。Ｓ ｓｂ ｓｎ ｈｏ ｏ ｓ ｓｎ ｎ ｅ Ｓ Ｒ）是 电力 系统 稳 定 ｒ 性 问题 的延 伸 。 当系统 发生 次 同步振荡 时 。 汽轮 发 电 机组 的多质 量块 弹簧 轴系将 在一 个或 数个 低 于额 定
统传输容量和提高电力系统暂态稳定性的最经济的 方 法 。已在 多处 大型 火力 发 电厂与 大 电网输 电 中得
到实 际应用 。 是在 输 电系统 中采用 串补后 ， 但 特别 是 补 偿度 较 高时 。 在某 种补偿 度 和运行 方 式下 ． 就可 能 由扰 动引发 输 电线路 中出现 串联 电气谐 振 。其谐 振 频率低 于 电 网的额定 频 率 ，该 现象 称 为次 同步 电气 谐振『 １ １ 。在这种 谐振 状态 下 。 在 发 电机 内产生 次 同 会 步旋 转磁 场 ：如果发 电机 的某 个 机械扭 振 频率 与 电
静止无功补偿器(SVC)仿真研究毕业论文
中国矿业大学本科生毕业设计姓名：张贵稀学号：21056373 学院：应用技术学院专业：电气工程及其自动化设计题目：静止无功补偿器（SVC）仿真研究专题：指导教师：马草原、王崇林职称：讲师、教授2009年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院应用学院专业年级电气05－1 学生姓名张贵稀任务下达日期：2009年3月9 日毕业设计日期：2009年3月9日至2009年6月5日毕业设计题目：静止无功补偿器（SVC）仿真研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：低功率因数是供电系统普遍存在的问题，已成为供电领域迫切需要解决的重要课题之一。
无功补偿是维持电网电压稳定，维护电力系统安全运行的重要手段。
无功补偿技术是当前研究的热点之一。
无功补偿技术主要包括大功率电子器件、无功电流检测方法、无功的补偿控制技术等主要内容。
基于本国国情，在我国较长一段时间内，静止无功补偿器(SVC)仍然占据重要地位，因此，本文选择以静止无功补偿器((SVC)为无功补偿研究对象。
本课题要求：1 熟悉SVC主电路的结构特点；2 分析SVC的工作原理，建立合适的模型；3 熟悉SVC的常规控制策略；4 利用PSCAD建立SVC的仿真模型并利用仿真模型分析SVC对负荷进行无功补偿的过程。
院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要电网功率因数偏低已成为当今供电领域迫切需要解决的重要课题之一。
柔性电力技术论文：基于柔性电力技术抑制电力系统次同步振荡研究
柔性电力技术论文：基于柔性电力技术抑制电力系统次同步振荡研究【中文摘要】近年来伴随着经济的快速增加,电力负荷持续增加,但是我国能源与负荷分布的不平衡决定了必须采取大容量、远距离、超高压输电。
为提高经济效益、增强线路的稳定极限、解决我国现有输电线路输送容量低的问题,串联电容补偿工程逐渐增多,但是串联补偿会给系统带来次同步振荡问题,因此研究次同步振荡问题具有很强的现实意义和理论意义。
柔性电力技术是伴随着电力电子技术以及工业水平的提高提出的概念,该技术中FACTS装置的应用,为电力系统次同步振荡抑制提供了又一个强有力的工具。
本文在研究了次同步振荡研究中需要考虑轴系模型的原因、轴系的扭振特性以及次同步振荡发生的机理,在此基础上采用SVC和STATCOM抑制电网的次同步振荡问题。
SVC作为一种无功补偿元件,在我国电网使用非常广泛,主要是利用其实现电压控制等目标,但是利用SVC抑制次同步振荡的相关研究比较少。
本文在研究了SVC的构成、工作原理以及利用SVC缓解SSO研究成果基础上,提出利用发电机端转速偏差信号,控制安装在线路中点位置的SVC,以实现抑制次同步振荡的。
利用PSCAD/EMTDC对控制效果进行仿真,验证了该方法的可行性。
鉴于SVC在国内电网的广泛应用,技术成熟,利用SVC实现对次同步振荡的抑制,具有很强的现实意义。
STATCOM装置是近年来出现的全控型器件,与SVC相比较具有控制范围宽、灵活性强等诸多优点。
本文在研究了STATCOM基本原理及国内外采用STATCOM抑制次同步振荡问题研究成果基础上,提出了以发电机端加速信号为反馈信号,采用电流解耦控制技术,控制安装在线路中点位置的STATCOM装置,缓解系统的次同步振荡的抑制方案。
以IEEE第二标准测试模型为研究对象,通过MATLAB/Simulink 软件仿真,验证了该控制策略的正确性和可行性。
【英文摘要】With the development of economy in recent years, the load of power system increase rapidly, but the distribution of energy and load imbalance decided to take high-capacity, long distance and ultra-high voltage transmission. In order to improve economic efficiency and enhance the stability limit line to address the capacity of existing transmission lines besides to resolve the problem of low transmission, series compensation project gradually increased, but the series compensation system will bring sub-synchronous oscillation, so the research problem with SSO Strong practical and theoretical significance.Flexible power technology is accompanied by the developing of power electronics technology and the industry improves. The applications of FACTS devices in this technology, provides a power tool for damping of SSO.Based on study the mechanism of SSO, damping of SSO by SVC and STATCOM is presented in this paper.SVC as a reactive power compensation component is widely used in China’s power grid, mainly using the voltagecontrol of its target, but the research of using SVC to damping SSO is few. In this paper, the basic operation principle of the SVC and the various control strategies are all introduced in detail. Use of generator speed error signal to control SVC that installed in the middle point of the circuit is proposed to achieve the objective of damping SSO. The simulation results simulated in PSCAD/EMTDC verified this method is feasibility. Because the technology SVC is mature, so use SVC to damping SSO has strong theoretical and practical significance.STATCOM is a fully controlled device that based on GTO. Compared with SVC, STATCOM has many advantages, such as wider control range. Based on the principle of STATCOM and the research results of damping SSO with STATCOM Present using remote generator speed acceleration signal by STATCOM which located at the middle of transport lines controlled with decoupled current control method. The simulation results simulated in MATLAB/Simulink on IEEE SBM verified this method is feasibility.【关键词】柔性电力技术次同步振荡静止无功补偿器静止同步补偿器【英文关键词】Flexible power technology Subsynchronous Oscillation Static Var compensator Static synchronous compensator【目录】基于柔性电力技术抑制电力系统次同步振荡研究摘要6-7ABSTRACT7第一章绪论11-20 1.1 课题背景11 1.2 研究现状11-12 1.3 次同步振荡主要研究内容12-13 1.3.1 感应电动机效应12 1.3.2 轴系扭转互作用12-13 1.3.3 瞬时扭矩放大作用13 1.3.4 由设备引起的次同步振荡问题13 1.4 次同步振荡问题的分析方法13-15 1.4.1 频率扫描分析法14 1.4.2 特征结构分析法14 1.4.3 复转矩系数分析方法14-15 1.4.4 时域仿真法15 1.4.5 其它方法15 1.5 次同步振荡的抑制措施15-18 1.5.1 使用滤波器和增加系统阻尼15-17 1.5.2 轴系扭振继电保护及监测装置17 1.5.3 改变电力系统运行方式17-18 1.5.4 改造发电机组和系统18 1.5.5 串联电容器的控制和电压整定18 1.6 本文主要工作18-20第二章电力系统次同步振荡分析20-32 2.1 引言20 2.2 汽轮发电机轴系扭振特性20-23 2.2.1 机组轴系特点及扭振特性20-23 2.2.2 水轮机组不会发生次同步振荡问题23 2.3 电力系统次同步振荡的基本理论23-27 2.3.1 电气系统的振荡特性23-24 2.3.2 次同步振荡发生的机理24-27 2.4 电力系统次同步振荡分析常用数学模型27-30 2.4.1 发电机转子轴系模型27-28 2.4.2 汽轮机及调速器方程28-29 2.4.3 发电机励磁调节系统29-30 2.5 仿真模块搭建30-31 2.6 本章小结31-32第三章利用SVC抑制发电机组次同步振荡32-46 3.1 引言32 3.2 SVC基本结构32-34 3.3 SVC控制部件及模型34-38 3.3.1 测量系统34-35 3.3.2 电压调节器35-37 3.3.3 触发脉冲发生器37-38 3.4 SVC抑制次同步振荡方案设计38-41 3.4.1 输入信号选择38-39 3.4.2 抑制SSO的SVC控制策略39-41 3.5 基于远端信号抑制效果研究41-45 3.5.1 待研系统模型41-42 3.5.2 时域仿真结果及分析42-45 3.6 本章小结45-46第四章采用STATCOM装置抑制次同步振荡46-60 4.1 引言46 4.2 STATCOM的基本结构及控制46-52 4.2.1 STATCOM基本结构及工作原理46-50 4.2.2 STATCOM控制策略50-52 4.3 利用STATCOM缓解次同步振荡52-54 4.3.1 STATCOM电流解耦控制策略52-53 4.3.2 反馈信号的选取53 4.3.3 SSDC设计53-54 4.4 仿真分析54-59 4.4.1 待研系统模型54-56 4.4.2 时域仿真结果56-59 4.5 本章小结59-60结论与展望60-62 1. 全文工作总结60-61 2. 进一步工作的展望61-62致谢62-63参考文献63-68附录168-69附录269-71攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研项目71。
SVC原理及应用介绍
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SVC的基本原理
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• SVC的工作原理
控制目标：
与电网连接点(PCC)无功交互可控——Q_NET=Q_NET_REF;
接入点的功率因数很高——可以达到1；
接入点的电压波动很小——例如使电压波动在1%以内；
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SVC的基本原理-晶闸管控制电抗器（TCR）
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• TCR(thyristor controlled reactor)是SVC的最重要组 成部件之一，经常与固 定电容器或晶闸管投切 电容器结合，在选定的 超前-滞后补偿范围内对 无功功率实施快速连续 的控制。
• 单相TCR由反并联的一对 晶闸管与一个线性的空 心电抗器相串联而成。
• 电容器组通常接成星形 ，每个电容器组包含一 个串联电抗器，将补偿 电容器调谐成针对某次 谐波的滤波器。
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SVC的基本原理-晶闸管控制电抗器（TCR）
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• 变电站常用的滤波器组 为3次5次及7次。
• 和变电站5%及12%电抗率 的固定电容器组不同， SVC的滤波器组谐振点通 常更靠近谐波处，如3次 电抗率为11.1%，5次为 4%，7次为2%等。
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SVC的基本原理-晶闸管控制电抗器（TCR）
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• 三角形连接的TCR可以防 止3次及3的倍数次谐波 流入线路。
• 3相TCR主要特征谐波为5 次及7次
• 由于三相电抗器的差别 及触发角的差别，会产 生少量的非特征谐波， 包括3倍数次谐波。
• 大容量TCR运行时必须配 套滤波器组运行，尤其 是5次滤波器，通常会做 联跳逻辑。
抑制次同步振荡的SVC非线性控制方法
Static var compensator (SVC) is one of the approaches recommended to suppress
sub-synchronous oscillations (SSO). Existing control strategies of SVC for suppressing SSO generally fail to accommodate to the nonlinearity of power system. Thus, this paper proposes a practical nonlinear SVC controller design method. Firstly, the generator shaft model is decoupled. Secondly, a reasonable objective function is selected according to the damping effect, and then the theoretical derivation of the control strategy for SVC is proposed. The control scheme is verified mathematically, and the proposed nonlinear controller is verified through a time-domain simulation. Compared with traditional PI control schemes, the proposed method can achieve better suppression of SSO, maintaining the safety of generator shaft system. Keywords ： Subsynchronous oscillation, static var compensator, decoupling of the generator shaft model, nonlinear control
电力系统次同步振荡抑制方法概述
电力系统次同步振荡抑制方法概述王瑞闯【摘要】The paper presents four types of Subsynchronous Oscillation (SSO), including the inductive generator effect,torsion oscillation. transient torque amplification and SSO caused by other electrical equipment. The paper describes the basic concept and generation mechanism of the SSO. reviews the restraining methods used to counter the SSO and the current development of each method. and finally points out the issues for further studies.%介绍了次同步振荡研究的感应发电机效应、扭转相互作用、暂态力矩放大以及由其他电气装置引起次同步振荡的主要内容.阐述了次同步振荡的基本概念及产生的机理,并介绍了目前抑制次同步振荡的方法及发展现状,指出了需进一步研究的问题.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2011(027)002【总页数】5页(P47-51)【关键词】次同步振荡;串联补偿;柔性交流输电系统;直流输电【作者】王瑞闯【作者单位】广东电网公司,江门供电局,广东,江门,529000【正文语种】中文【中图分类】TM71随着我国西电东送规划的深度实施，超高压、远距离输电线路和大容量发电机组的投入运行势在必行。
为了提高电力系统稳定性和输电能力，串联电容补偿和直流输电得到了广泛的应用，由此也给电力系统的安全稳定带来了新的挑战，电力系统次同步振荡就是其中的一个重要问题。
电力系统次同步振荡产生原因分析及对策
（1）轴系参数的监测与分析
对汽轮发电机的轴系参数进行实时监测是十分必要的。汽轮发电机轴系参数监测系统如图1所示。其中，在线阻尼监测及分析预警系统可以实时监测汽轮发电机轴系次同步振荡的相关数据信息。并通过专家系统对发电机组扭振模态频率和阻尼变化情况进行分析和自动识别。如果扭振模态频率或阻尼值超过阈值就发出警告信息，监控人员可以根据提示信息进行相应处理。阻尼在线监测及实时预警模块，通过对发电机轴系次同步谐振信号的实时监测，自动辨识机组扭振模态频率和阻尼情况，当频率与阻尼超过限值时，进行告警，是阻尼和频率测量的重要分析工具。汽轮发电机组轴系扭振监测装置监测装置（TMU），可以对各种机械或电气扰动下的轴系扭振进行测量，能够掌握发电机组的状态及损失情况；还能够测量发电机的转速、频率、电压电流等参数为计算和专家系统分析提高依据；而专家系统可以根据以上模块测量的轴系参数计算分析机组的运行状态和疲劳程度，根据预设的报荡的抑制提供基础信息和消除依据。
图1 汽轮发电机轴系参数监测系统
（2）发电机端阻尼控制系统（GTSDC）抑制
发电机端阻尼控制系统（GTSDC）的作用是按照电路系统的需求，根据此同步振荡的具体情况，进行次同步电流补偿。这样可以对次同步振荡引起的发电机轴系扭振力矩进行抑制。该补偿电流是由电力电子变流器产生幅值和相位都可以调整的电流源。该补偿电流的补偿大小通过阻尼控制器采集的发电机轴系扭振的动态反馈信号进行计算获得。发电机端阻尼控制系统可以大大减小发电机组扭振保护系统的切机频率，抑制次同步振荡造成的不利影响。
电力系统次同步振荡产生原因分析及对策
作者姓名
(单位名称，省份 城市 邮政编码)
摘要：在电网中串联补偿电容可以提高输电能力和稳定性，但也可能发生次同步振荡（SSO，Subsynchronous Oscillation）运行状态。发电机组以低于同步频率的振荡频率运行，严重影响机组的安全运行，对于电力系统的稳定性及其不利。本文分析了电力系统次同步振荡产生的原因和影响，在此基础上，阐述了解决次同步振荡问题的具体步骤。并探讨了有效抑制次同步振荡的保护方法，对于降低次同步振荡现象对电网安全的影响，提高电力系统的安全性和稳定性具有积极的意义。
SVC抑制次同步振荡控制策略研究
采用SVC抑制次同步谐振的机理分析
2 工频电纳次同步频率调制的时域仿真
在 P SCAD/ EM T DC 仿真 平台 上搭 建 6 脉波 T CR 的电力电子电路及其脉冲控制系统 , 阻抗控制 -1 逻辑如图 1 所示 , 其中 , f ( α ) 表示由基波电纳求取 控制角 α 的非线性变换关系 。 作为对照 , 图中标注 了 SVC 基波电纳模型 。
N m =1 ∞ k =1
iSVC = u1 B 1 + ∑ u ω -ω B ω -ω + 1 m 1 m ∑ u 1 B 1 , pk±1 +
∞ k =1
∑u
pk ± 1
B pk ±1 +ielse
( 1)
收稿日期 : 2008-08-13 ; 修回日期 :2008-09-21 。 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973 计 划 )资 助 项 目 ( 2004CB217906) 。
N
B 1 ≈ B 10 + ∑ B 1m ( t) co s( ω m t +φ m)
m =1
( 4)
式中 : B 10 和 B 1m 分别为基波电纳的直流和次同步分 量; φ m 为初相位 。 由于式 ( 3) 不是简单 线性函数 , 式( 4) 有一定的近似性 , 故采用约等于号 。 将式( 4) 代入式( 1) 等号右边第 1 项 , 并令 u1 = 1 1 u( t) cos ωt , 则有 : 1 u1 B 1 ≈ u1 ( t) B 10 co s ω 1t + u1 ( t) B 1m ( t) · 2 m∑ =1 co s( ( ω 1 ω m) t φ m) ( 5) — 2 —
表 1 TCR 的基波和次同步频率电纳 Table 1 Fundamental and subsynchronous admittances of TCR
电力系统次同步谐振抑制措施研究
电力系统次 同步 谐振抑 制措施研究
李晟成 ，朱俊杰
（ １ ． 江 苏省 电力公 司检修 分公司无锡分 部常州工 区， 江 苏 常州 ２ １ ３ ０ ０ ０ １ ２ ． 启 东市供 电公司， 江苏 南通 ２ ２ ６ ２ ０ ｏ ） 摘 要： 在远距 离大容量的输 电线路 中接 入串补电容可 以提 高系统的输送能力 ， 但是会 出 现 次 同步 谐振 问题， 危及 发电机组轴系安全 和 电力系统 的 稳定。 本文分析了次同步谐振问题产生的机理， 详细的阐述了次同步谐振的分析方法 ， 并总结了现有 的抑制措施 。 对仅采用 Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ ＯＭ 附加阻尼控制抑制 多机系统 Ｓ Ｓ Ｒ 的有 效性进 行了仿真验证 ， 对 多机 系统的共模一 异 模扭振特性对其 Ｓ Ｓ Ｋ抑制 过程 的影响进 行了分析， 此外还 讨论了 Ｓ ＴＡ Ｔ ＣＯＭ 附加 阻尼 控 制对共模异模扭振特 性的影响， 结合 Ｓ Ｅ ＤＣ和 Ｓ Ｔ Ａ ＴＣＯＭ 各 自作为 ｓ ｓ Ｒ抑 制措施 的特 点设计 了适用于多机系统的联合 ｓ ｓ Ｒ抑制方案 。 关键词 ： 次 同步谐振 ； 抑制措施 ； 附加励磁 阻尼控制 ； Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ： Ｓ Ｅ ＤＣ
。
外线路 １ ＧＷ 相 比还 有 ４ ０ ０ ＭＷ 的差 距 ，这 也 表 明 我 国的 输 电线 路 的 输 电
能力还 有很大 的提升 空间。 在 输电线路中加入串补装置可以减 小线路 电抗 ， 提高系统 的稳定极限 和输送 能力 。 随着输 电系统的发展 ， 串补 电容得到越来越多的应用， 也取得 了较好 的及经 济效益 ，如大同一 房 ｄ ｌ 线 加装 ３ ５ ％的串补后送 电能 力提 升
３ １ ． ７ ％。
但 是这种 远距离 、高串补度 的点对 网输 电系统会 引起次 同步谐振 问 题。在 １ ９ ７ ０年 和 １ ９ ７ １ 年 美国南 加利福尼亚州 Ｍｏ ｈ ａ ｖ ｅ电厂先后 发生两 次 由于线路加装 串联 电容补偿 引起 次 同步 谐振目 ， 造成 汽轮发 电机 组大轴损 坏的严重事故之后 ， 次 同步谐振现象才真正得到人们的关注 。自上世纪 ８ Ｏ 年代 以来 ， 我国也出现 了一些 由于轴 系扭振而 导致的事故 ， 且现阶段一 些
基于SVC的次同步振荡反振荡抑制系统及控制方法[发明专利]
![基于SVC的次同步振荡反振荡抑制系统及控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0664d0f9650e52ea5418980e.png)
专利名称：基于SVC的次同步振荡反振荡抑制系统及控制方法专利类型：发明专利
发明人：姜建国,瞿文慧,罗*,郜登科,徐亚军,乔树通
申请号：CN201310142854.9
申请日：20130419
公开号：CN103259473A
公开日：
20130821
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于SVC的次同步振荡反振荡抑制系统包括装置：前置测量控制装置，用于将原动机的扭振模式分量信号测量出来，经过一系列信号处理环节，输出给SVC功率信号发生装置；SVC功率信号发生装置，用于根据前置测量控制装置的输出对电气系统发出抑制次同步振荡的无功电流。
本发明还提供相应的控制方法。
本发明不需要对次同步振荡复杂的成因、过程及振荡波形成分做详细分析，控制原理比较清晰，具体到每一个控制模块也都易于工程实现，SVC在实际应用中已比较成熟，有较强的实用性。
本发明具有便于安装，控制简单、灵活、快速，易于工程实现等优点。
申请人：上海交通大学
地址：200240 上海市东川路800号
国籍：CN
代理机构：上海汉声知识产权代理有限公司
代理人：郭国中
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SVC接入位置对次同步振荡的影响机理与SVC控制策略研究
Z 分解到 dq 轴上，电路串
联和并联阻抗的计算方法仍相同。而 p = jξ 时，有
Z dq = Zξ −ω ⎡1 − j⎤ Zξ +ω ⎡ 1 j⎤ ⎥ + 2 ⎢ − j 1⎥ = 2 ⎢ ⎣j 1 ⎦ ⎣ ⎦ Zξ −ω Zξ + ω S1 + S2 2 2
(6)U sd ⎤ −1 −1 ⎡ TCRq 0 ⎤ ⎥ Δω − ⎢ Δi ⎥ = ZTCR ,dq ⎢ ΔU ⎥ + Sdq ⎢ ⎣ TCRq ⎦ ⎣ sq ⎦ ⎣ −iTCRd 0 ⎦ U −1 ⎡ sd 0 ⎤ Sdq (10) ⎢U ⎥ ΔBL ⎣ sq 0 ⎦
在频率为 ξ 即 p = jξ 处将式(1)展开为
(1)
K E ( jξ ) = Ke (ξ ) + jξ De (ξ )
(2)
Fig. 2
图2
SVC 控制框图
式中 Ke 和 De 分别为同步转矩系数和阻尼转矩系 数。当电气阻尼系数 De 在某个固有扭振频附近为
SVC control block diagram
线路的线性化模型见文献1svc的线性化模型为tcr0itcriis11tcrztcrstcr0is0d1ls0qqdddqdqqqddquuuu?b???????????????????????????????ss10s0qtscdiis1tscztsctscqss0dddqquuucu?????????????????11将svc代入后半段线路线性化式其中稳态值用usdq0usd0usq0和idq0id0iq0替换可得sl20s0s01101100ddqdqidqquu???????????????????????zu1l2l2s0lddqdqdqdqqiib????zzsu12将式9代入式12设s0qs0ds0dss0qs0s0uuu?uuu???????????a13得到s1l2sssl20l21s0l2s0sm01100110ddqdqqddqdqidqqdqdqdqdquugiiggp????????????????????????????izsazzuzsu14将式14代入前半段线路并用udq0ud0uq0和idq0替换其中稳态值
基于瞬时无功理论的SVC抑制次同步振荡的附加控制设计_顾威
图 2 SVC 的基本控制 Fig. 2 Basic control of SVC
i
ji e jωk t i cos t i sin t
j i cos t i sin t
改为矩阵形式，则为 up u ip i C ， C uq iq u i
一旦该负阻尼强于相应频率下轴系呈现的机械阻尼发电机组轴系就会出现hvdc控制系统引起的轴系扭振失稳79瞬时无功功率理论的简述和算法原理瞬时无功理论的核心是采用clarke变换将三相电路传统的abc相变换到两相正交的考虑到svc一般是通过变压器接入系统的而零序分量不能通过三角形接法的变压器低压侧只需考虑瞬时电压电流中的正序负序分量
i i ji
jk jk t jk jk t 2 ik e e 2 ik e e
(5)
式中： uk 和 ik 为频率 k 下的电压和电流的正序分 量有效值；k 和 k 为频率 k 下的电压和电流的正
和 ik 为频率 k 下的电压和电流 序分量相位角； uk 的负序分量有效值；k 和 k 为频率 k 下的电压和 电流的负序分量相位角。 瞬时无功理论的坐标变换使得谐波分量的正
1 次同步振荡的机理
在有 HVDC 的系统中存在着发电机组轴系发 生次同步扭振相互作用的可能性。次同步振荡的机 理是在 1977 年 Square Butte 直流工程调试中被认 识的[6]，HVDC 换流器的控制与其邻近的汽轮发电 机组的轴系扭振相互作用机理可用图 1 所示的过程 来解释。
转速偏差和电磁转矩变化之间的相位滞后，增加电 气阻尼，抑制次同步振荡。 根据瞬时无功功率的理论， 可以将 SVC 的控制 分为 A、B、C 三相，每一相分别触发。以 A 相为 例，SVC 的基本控制如图 2 所示。
STATCOM在抑制次同步谐振及提高串补度的应用研究
STATCOM在抑制次同步谐振及提高串补度的应用研究张智;刘丽楠【摘要】在远距离大容量的输电线路中,加入串补电容可以提高系统的输送能力.但是有时会出现次同步谐振问题,危及发电机组轴系安全和电力系统的稳定.加装STATCOM可以有效的抑制次同步谐振.本文详细介绍了STATCOM抑制次同步的原理,采用PSCAD仿真软件,结合锦界电厂的实际发电机及输电线路的参数,搭建了整体的系统模型.根据荣信电力电子公司的STATCOM结构及工作原理,搭建了STATCOM的仿真模型,通过仿真结果及现场的测试结果进行对比,验证了其抑制效果的有效性.并对提高固定串补装置的串补度进行了分析研究,通过在具有不同的串补度的工况进行仿真,来观察STATCOM是否可以在高串补度的工况下有效抑制次同步的发生.最后在不采用次同步抑制措施而只是修改串补度的情况下,根据仿真结果总结出不同次的次同步谐振与串补度的关系.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2018(019)011【总页数】9页(P46-54)【关键词】次同步谐振;STATCOM;固定串补;PSCAD;仿真验证【作者】张智;刘丽楠【作者单位】北京荣信慧科科技有限公司,北京 100193;中国北方车辆研究所,北京100072【正文语种】中文随着我国经济的迅猛发展，东、南部沿海地区的电力负荷随之增长，我国的煤炭资源主要分布在西部和北部地区，水能资源主要集中在西南地区，因此东、南部的负荷中心对电力能源的紧缺，急需西部的资源支持。
“西电东送”将煤炭、水能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源，输送到电力紧缺的东、南部沿海地区，采取高电压、大容量的交流和直流输电模式。
规划预计至2020年，西电东送的送电总规模将突破1.2亿kW[1]。
在高压交流输电线路中，串入电容器能够起到减小线路电抗，提高线路传输能力，提高电力系统静态稳定极限的作用。
但是在这种长距离输电系统中，加装高串补度的电容器有时也会引起次同步谐振。
发电机励磁与SVC的改进自适应反步无源协调控制
发电机励磁与SVC的改进自适应反步无源协调控制李啸骢;陈登义【摘要】考虑了阻尼系数的不确定性,提出了一种改进自适应反步无源协调控制策略,设计了发电机励磁与静止无功补偿器(SVC)的非线性协调控制器.采用浸入与不变(I&I)自适应控制设计了阻尼系数的自适应估计律,提高了控制器的自适应能力.基于反步法逐步递推,设计了SVC的控制律,并结合无源性理论,得到了发电机励磁的控制律.在反步法设计过程中,为了减小“微分爆炸”,将虚拟控制量的导数看作不确定项,并引入非线性阻尼算法对其进行处理.仿真结果表明,所设计的协调控制器明显地改善了电力系统的稳定性,并且具备较强的自适应性和鲁棒性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2018(038)012【总页数】6页(P73-78)【关键词】励磁控制;静止无功补偿器;浸入与不变自适应控制;反步法;无源协调控制;非线性阻尼算法【作者】李啸骢;陈登义【作者单位】广西大学广西电力系统最优化与节能技术重点实验室,广西南宁530004;广西大学广西电力系统最优化与节能技术重点实验室,广西南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TM7610 引言目前，我国电网规模越来越庞大和复杂，输电系统已发展成大容量、远距离、超高压的输电形式。
随之而来的问题是电力系统的稳定性，使用柔性交流输电(FACTS)装置是解决这个问题经济且有效的方法。
其中，静止无功补偿器(SVC)具有明显的优势。
其响应速度很快，损耗低，具有较好的动态和连续无功调节能力等[1]，是一种较好的FACTS装置。
另外，SVC可以调节电网的无功功率，控制装设点的电压，提高电力系统的功角稳定性等[2]。
发电机励磁系统作为一种传统的控制对象，在解决电网的稳定性问题中展现了突出的作用效果。
因此，设计发电机励磁与SVC的协调控制器，极具研究价值。
针对发电机励磁与SVC的协调控制，国内外已取得了丰硕的成果[3-13]。
双馈风电机组次同步谐振分析与抑制对策研究
双馈风电机组次同步谐振分析与抑制对策研究摘要：双馈风电机组在风力发电中是非常重要的设备，我们要注意其控制器以及串补输电系统之间的关联，他们的相互作用可能会产生风电场次同步谐振现象，我为此翻看了诸多文献，对此进行了深入研究，想探究陷波器是否对双馈风电机组控制器与次同步谐振电路之间产生作用，在实现次同步谐振基础上结合陷波器以及阻尼控制器次同步谐振综合意识方法，希望为风电次同步谐振问题解决有所帮助。
关键词：风电机组；同步谐振；分析对策在风电的传输过程中，通常情况下会对输电系统进行串联补偿，来实现电路的高效传输，但是我们都知道这其中的缺陷，电能在传输的过程中非常容易出现次同步谐振的问题，风电机组更多的是多项联合排列，这就对风电基地产生比较严重的影响，也对外送系统会产生比较大的问题，就比如华能伊敏发电厂有过出现次同步振荡的情况，甚至某地区风电场直接发生了次同步谐振的事故，后果是直接导致了部分风电机组脱离工作，危险系数是比较大的，正因为如此，对风电场次同步现象进行研究与对风电场次同步谐振抑制(sub-sychronous resonance, SSR )是显得十分重要。
1电力系统次同步谐振概述电力系统次同步谐振，更多的是指发电机与具有串联补偿的输电线路进行耦合反应，从而两者产生的机电振荡行为，我们可以根据其产生的原因以及后果来分类，比如感应发电机（induction generator effect, IGE）效应，机电扭转相互作用，暂态力矩放大（transient torque amplification, TTA ），除了这些，还有我们本文章打算讨论的风电机组的次同步谐振现象，众所周知，风电机组与普通的火电机组是不一样的，这种现象的振荡速率是变流器控制以及电气系统结构影响的。
我所查阅的文献1对三种不同的类型风电机组和它们分别有可能产生的次同步振荡问题进行研究，文献2其中介绍了利用频率扫描的方法对风电机组中风速，串流互补引起的IEG问题进行考证与分析，我翻看文献3和文献4，两部分都对我想探究的双馈风力发电机组进行了详细分析，对其模型进行的创新性的解读，其中有利用特殊值来进行分析，对次同步谐振产生的原因进行了分析，我在此总结出其三个特点，首先就是串补度的问题，其次就是风速与电流内环控制参数，文献2和文献4都对风力机组中定子，转子电磁转换与其变化量之间的阻尼特性，利用此来对双馈机组次同步谐振进行考量。
SVC电压稳定控制和抑制低频振荡交互影响研究
SVC电压稳定控制和抑制低频振荡交互影响研究王云洁;胡弢【摘要】静止无功补偿器(SVC)可以提供电压支持,提高系统电压稳定性,其附加阻尼控制又可以改善系统的阻尼状态,抑制低频振荡,这2种功能之间可能存在一定的相互作用.理论分析了单机无穷大系统中SVC的电压控制与阻尼控制的相互作用,研究表明SVC的阻尼控制与电压控制存在矛盾,增强系统阻尼振荡的能力将会牺牲电压品质.在二区域四机系统中进行仿真,验证了SVC加入附加控制器后有效提高系统阻尼比,但电压稳定性变差,此结果与理论分析相一致.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2013(032)001【总页数】4页(P23-25,29)【关键词】SVC;电压稳定性;低频振荡;交互影响【作者】王云洁;胡弢【作者单位】东南大学电气工程学院,江苏南京,210096;盐城供电公司,江苏盐城,224005【正文语种】中文【中图分类】TM761随着我国西电东送、南北互联和全国联网的战略实施，为提高输电的能力和提高系统稳定性，我国输电系统引进了静止无功补偿器（SVC），分别装设在广东江门、湖南云田、湖北凤凰山（2套）、河南小刘以及辽宁沙岭的500kV变电站和鞍山红一变中，这些示范工程投运对电网运行产生明显的效果，对系统的稳定运行产生积极作用[1]。
传统的电力电子控制装置在电力系统中的控制目标通常只有一个，如潮流控制、电压控制或增强系统稳定性等。
而在SVC电压环加入附加信号可以同时提供电压支持和阻尼控制，其特点是电压和阻尼控制的双重功能。
近几年来，多柔性交流输电系统（FACTS）间的交互影响问题正在研究中。
文献[2]指出了PSS与SVC的交互影响并对其进行了多目标协调设计，但是对于单FACTS器件的不同控制目标间的交互影响很少有深入研究；文献[3]分析了静止同步补偿器多目标协调控制。
文中从理论上分析了SVC 2种功能间的交互影响，建立了装有SVC 的二区域四机系统的模型，通过仿真验证了以上分析研究的有效性。
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基金项目:国家自然科学基金(50277034)。
Financially Supported by th e National Natural Science Foun da tion of China(50277034).采用SVC 抑制发电机次同步谐振的理论与实践张 帆,徐 政(浙江大学电机系,杭州310027)摘 要:针对静止无功补偿器(SV C)在抑制次同步谐振(SSR )方面的理论与应用进行了研究。
分析了SV C 抑制SSR 的基本工作原理;提出了SV C 抑制SSR 的各种控制策略;讨论了SV C 的容量估计方法。
以托克托工程为背景分析了SV C 抑制SSR 的效果。
仿真结果表明SV C 能有效抑制SSR 的发生,为解决国内交流串补输电工程中SSR 问题提供了参考,也为SVC 装置的更好应用提供了依据。
关键词:静止无功补偿器;次同步谐振;控制策略;容量设计;PSCA D/EM T D C 中图分类号:T M 714.3文献标识码:A文章编号:1003 6520(2007)03 0026 06Theory and Experiences of SVC for Damping Subsynchronous ResonanceZH AN G Fan,XU Zheng(Departm ent of Electr ical Engineering,Zhejiang U niversity,H angzhou 310027,China)Abstract:Bo th the theo ry and t he ex per iences o f St atic Var Co mpensat or fo r damping the subsynchr onous r eso nance are investig ated in this paper.F ir stly ,the basic o per atio n pr inciple of the static v ar co mpensat or to damp the sub sy nchro no us r eso nance is analyzed.T he major com ponent of the stat ic v ar compensato r fo r damping t he subsyn chro no us r eso nance usually co nsists of a delta connected thr ee phase thy risto r contr olled r eacto r.T he ana lysis of the pr inciple show s that damp of the subsynchronous r eso nance can be achieved by modulating the reactive cur rent in the thyrist or co nt ro lled reactor s.T hen,based on the basic principle,v ario us contro l strateg ies o f the st at ic v ar compen sato r fo r damping the subcynchronous r eso nance,such as the pro po rtional co nt roller ,the modal co nt rol technique and the voltage contr oller etc,are present ed r espectiv ely.A nd the structure o f each type o f contro ller is show n in detail.F urther,a metho d o f est imating t he size of the static var compensator is intro duced and a cor responding ex ample based on the IEEE f irst benchmark model is also presented.Secondly ,based on the T uoketuo pow er plant ,the effects of the static var co mpensat or on damping the subsynchr onous r eso nance are simulated and analyzed in time domain by the pro gr am PSCAD/EM T DC.A nd the simulatio n r esults show that the static var co mpensator can damp the subsy nchr onous r esonance effectively with a simple pro po rtional contro ller.T he r esult s ar e helpful to so l v ing the subsynchr onous resonance pro blems which ex ist in t he ser ies compensated transmission sy st ems in China.And the conclusio ns also pr ov ide v aluable refer ences for better applications of the static va r compensato rs.Key words:stat ic var co mpensat or;subsynchronous resonance;contro l strat eg ies;SV C rating s;P SCA D/EM T DC0 引 言1937年就提出的次同步谐振(SSR)问题已被充分了解,但有关轴系扭振的问题一直被忽略。
20世纪70年代初美国M ohave 电站先后两次因SSR 而导致发电机组大轴损坏,在世界范围内引发了一股研究SSR 的热潮。
1979年IEEE 工作组将缓解SSR 的措施总结为4类[1]: 滤波和阻尼(包括利用静止无功补偿器(SVC)阻尼SSR); 继电保护装置;!系统切负荷和发电机停运;∀发电机和系统的调整等。
T.H.Putman 和D.G.Ramey 最先提出利用SV C 阻尼SSR 。
将SVC 的重要部件#晶闸管控制的电抗器(T CR)并联在被保护发电机的机端母线上,通过调制T CR 中的电流来阻尼SSR 。
这种SVC 亦称为动态稳定器或调制电感稳定器(M IS)[1 7]。
1981年世界上第1个缓解SSR 的SVC 在美国圣胡安(San Juan)电站安装[2,3]。
随后基于T.H.Putman 等人提出的理论[4],国外开始广泛研究这种SVC 的运行特性及控制策略等问题[5 13]。
但近几年国外因SSR 相关工程的缺乏及其他FACT S 装置的兴起而不再继续研究SVC 抑制SSR 。
我国研究SSR 起步较晚。
随着西电东送容量的不断提高,远距离交流输电线路必然要加装串联补偿电容器,但这使输电工程出现亟待解决的SSR,如托克托电厂及神木电厂的送出工程等在采用串补后均存在明显的SSR 。
目前国内真正提出抑制SSR 具体方法的研究并不多[14 16],有些文章利用可控串补(TCSC)抑制SSR[17 20],而利用SVC 抑∃26∃第33卷第3期2007年 3月高 电 压 技 术H igh Voltage Engineering Vol.33No.3M ar. 2007制SSR方面的理论和实践研究至今还是空白[21]。
本文基于国外学者在SVC缓解SSR问题上的研究成果,介绍SVC抑制SSR的基本原理、控制策略、工程实例及其抑制效果,试图为解决国内交流串补输电工程中存在的SSR问题提供参考,也为SVC 装置的更好应用提供依据。
1 SVC抑制SSR的基本原理1.1 基本结构缓解SSR所用SVC的基本单元是TCR,其单相结构(见图1)由2个反相并联的晶闸管与1个电抗器串联组成,并联在被保护发电机机端母线上。
1.2 工作原理选取含有原动机扭振模式分量的测量量作为控制器的输入信号,据此控制晶闸管的触发角,改变TCR支路的电流大小,进而微调发电机的输出功率,产生阻尼转矩来抑制SSR。
发电机转速偏差、输出功率、高压缸速度偏差等信号都包含需阻尼的所有原动机扭振模式分量。
但因后两种信号对控制器的相移更敏感,故常选发电机转速偏差作为控制器的输入信号,以提高SVC的控制效果。
此时需将T CR无功电流调制成与发电机转速偏差反相即错相180%。
这样,转速增加时, TCR感性电流减小,即T CR吸收的无功功率减小,则发电机机端电压上升,送出的电磁功率增加,对恒定的机械输入将导致转子动能减小,最终使转速降低。
反之,转速减小时则使转子加速。
因T CR的控制速度快,故可抑制SSR。
这种抑制SSR的控制策略与为提高输送能力而加强发电机阻尼的控制策略相似,两者的差别就在于SVC控制器行为的不同,后者的阻尼在惯性频率范围0.1~2H z,而前者的阻尼在较高的扭振频率范围5~45H z[22]。
1.3 控制策略1)比例型控制器由前述原理可知,若以发电机转速偏差信号作为控制器的输入信号,则控制目标是将T CR无功电流调制成与发电机转速偏差反相,利用一简单的比例型控制器即可实现此目标。
但因存在转速偏差测量系统中滤波器引起的时间延迟以及晶闸管触发的固有延迟,需利用超前滞后环节对这些延迟进行相位补偿,故完整的比例型控制器结构见图2。
转速偏差经放大环节,产生一个与其成比例的信号,再经相位补偿环节,最终使T CR无功电流与转速偏差反相,实现对SSR的抑制。
而稳定运行时TCR以某一固定导通角稳定运行,相当于一稳定且连续的无功负荷。
图1 单相TCR的构成及其安装位置Fig.1 C omponent o f the sing le pha se TC R and its lo catio n图2 TCR控制器的基本结构Fig.2 Basic structure of the TCR controller图3 扭转监视器的控制框图Fig.3 Block diagram of the control systemutilizing torsional monitor2)模态控制技术的应用利用比例型控制器可确保对扭振相互作用的缓解,但它趋向于削弱与电气模式相关的阻尼,使SVC的控制效果对控制器的相移更敏感。