多模式次同步谐振的产生机理与抑制方法

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N

清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2008年第48卷第4期

2008,V o l.48,N o.4w 2

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多模式次同步谐振的产生机理与抑制方法

刘世宇,　谢小荣,　张东辉

(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)

收稿日期:2007-03-07

基金项目:国家“九七三”重点基础研究基金项目(2004CB217906)

作者简介:刘世宇(1981—),男(汉),黑龙江,博士研究生。通讯联系人:谢小荣,副教授,E -mail :xiex r @ts inghu a .edu .cn

摘　要:我国内蒙古上都、托克托电厂输电工程由于采用较高补偿度的固定串联补偿装置,导致出现了次同步谐振(SSR ),并且表现出多个模式同时失稳的特点,威胁机组和电网的安全。该文以上都串补输电系统为研究对象,采用特征值分析方法,分析了上都电厂多模式SSR 的产生机理和影响因素;采用遗传-模拟退火算法(GA SA )对附加励磁阻尼控制器(SED C )进行优化设计。特征值分析与PSCA D /EM T D C 仿真结果表明该控制器能够有效抑制多模式SSR,并对电网参数及运行方式变化具备良好的适应能力。关键词:多模式次同步谐振;特征值分析;附加励磁阻尼控

制器;遗传-模拟退火算法

中图分类号:T M 712

文献标识码:A

文章编号:1000-0054(2008)04-0457-04

Mechanism and mitigation of multi -mode

sub -synchronous resonance

LIU Shiyu ,XIE Xiaorong ,ZHANG Donghui

(Department of Electrical Engineering ,Tsinghua University ,

Beij ing 100084,China )

Abstract :T he Shangdu and Tuoketuo transm iss ion s ystems u se relatively hig h com pens ation levels of fixed-series capacitors wh ich results in sub -synchronous r esonance (SS R).T his iss ue is har d to correct because of the multip le u nstab le S SR modes.Th is paper presen ts a study of a specific S hangdu tran smis sion sys tem.T he eig envalues w er e analyzed to inves tig ate th e basic mechanis m and the main caus es of the multi-mode S SR.Supp lem entary excitation damping control was then us ed to solve the pr ob lem w ith optim al control parameters obtained us ing a gen etic,simulated an nealing algorithm.An eig en-analysis and PSCAD/EM T DC-bas ed sim ulation s ver ify th e effectiveness of th e d ampin g control for mitigating the multi-mode S SR and its adaptab ility to various pow er sys tems and operating conditions.Key words :mu lti-mode su b-synchronous

resonance;

eigenvalue

analysis ;su pplementary excitation damping control;genetic and simu lated annealing algorithm

我国西电东送中的北通道,主送“三西”火电,输

电距离在300～900km 之间,主要采用“点对网”输

电模式[1]

,发端为大型的火电基地,多采用60万kW 等级的汽轮机机组。这样的输电模式下,制约输送能力的约束为单摆失稳的机电稳定问题,能够大

幅度有效缩短电气距离的固定串联补偿装置成为经济、技术、可靠性的优选。可预见,大容量汽轮机机组和较高串补度的固定串联补偿装置将共同形成一种重要的、典型的大容量远距离输电模式。

在这种输电模式中,不适当的串补度有可能引发严重的次同步谐振(SSR)问题。内蒙古上都和托克托电厂在前期规划阶段就发现了严重的SSR 威胁,并且表现出一个突出的特性——多模式次同步谐振[2]

,这为抑制方案的选择与实施增加了相当大的难度。目前国际上已经有一系列预防和抑制SSR 的措施[3],但我国在该领域的工程应用尚属空白。

本文基于上都电厂实际系统,对多模式SSR 的产生机理与影响因素进行了研究,为抑制措施的研制提供了理论根据;初步研究了抑制多模式SSR 的附加励磁阻尼控制器(SEDC )方案,验证了其有效性和适应性。

1　上都电厂输电系统简介

上都电厂装机四台东方汽轮机厂QFSN -600型667M VA 同步发电机,通过双回243km 的500kV 紧凑型输电线路送往承德(短路容量19.8kA ),由承德通过双回130km 的常规500kV 线路接入姜家营变电站(短路容量41.4kA ),进入华北环网。上都电厂二期为保证稳定送出同时兼顾远期工程,规划上承线采用串补度为45%的串联补偿装置,串补站位于承德母线进线侧。为方便SSR 分析,可将承德母线后至姜家营部分进行等效处理,如图1所示。