[其他]穩(wěn)定汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸扭振的裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101987000001640
• 申請日: 1987-03-03
• 公開（公告）號: CN1004675B
• 公開（公告）日: 1989-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 栗田篤;真瀨明
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社東芝
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利代理部
• 代理人: 李勇

用來穩(wěn)定汽輪發(fā)電機(jī)軸扭轉(zhuǎn)振蕩的裝置，包括：對直流電力傳輸系統(tǒng)使用的汽輪發(fā)電機(jī)交流電流進(jìn)行檢測的電流檢測器；從電流檢測器接受輸出的濾波器，它包含用來檢測次同步分量的第一帶通濾波器和檢測超同步分量的第二帶通濾波器；得出次同步分量和超同步分量中至少一個的計算電路；第三帶通濾波器；以及一個控制換流器的電路。

本發(fā)明涉及一種關(guān)于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振蕩與直流輸電控制系統(tǒng)之間的相互作用問題的穩(wěn)定裝置。

汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的阻尼Dm在機(jī)理上是取正值的（Dm＞0），盡管其值小但基本上是穩(wěn)定的。在以直流輸電傳輸電能時，在10至20Hz低頻范圍內(nèi)恒定電流控制被認(rèn)為是直流輸電的基本控制，因此從發(fā)電機(jī)的角度觀察，電氣系統(tǒng)的阻尼De取負(fù)值（De＜0）（“HVDC-汽輪發(fā)電機(jī)扭矩的相互作用，一種新的設(shè)計依據(jù)”，M.P.Bahman，E.V.Larsen等，CIGRE SC14-04，1980）。

當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)軸系存在某些自然頻率而其又在上述低頻范圍以內(nèi)，如果直流功率增大，發(fā)電機(jī)的合成的阻尼（Dm+De）就取某一負(fù)值而變得不穩(wěn)定。這樣就產(chǎn)生軸的扭轉(zhuǎn)振蕩。針對這個問題，提出了基于直流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定方案。

在轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)頻率的整個范圍內(nèi)，次同步阻尼控制（以下稱為“SSDC”）對穩(wěn)定是有效的。當(dāng)將汽輪發(fā)電機(jī)表示為N個質(zhì)量的模型時，存在（N-1）個自然頻率。設(shè)計了一個對這種振蕩作總體性穩(wěn)定的電路，將該穩(wěn)定電路的輸出施加到電流控制調(diào)節(jié)器（以下，稱為“ACR”）的輸出端。

當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振蕩與直流電力傳輸系統(tǒng)之間相互作用方面需要考慮四個問題。

（1）設(shè)計一個使重要的ACR和SSDC兩個閉環(huán)不致相互干擾的控制系統(tǒng)是不簡單的。對于SSDC，增加一個附加閉環(huán)控制，將其輸出加到ACR的輸出處。因此，認(rèn)為與基本控制協(xié)調(diào)一致的控制設(shè)計對于各單個系統(tǒng)都是需要的，以便在軸的扭轉(zhuǎn)頻率范圍內(nèi)得到正的阻尼（De＞0）而不損害重要的ACR的高響應(yīng)性能。

（2）有關(guān)詳盡設(shè)計SSDC的專門技能是如此復(fù)雜，除設(shè)計者外無人能夠理解。這個詳盡的設(shè)計包括：在軸扭轉(zhuǎn)頻率整個范圍內(nèi)設(shè)定阻尼值，以便計算滿足所設(shè)定值的SSDC的頻率特性，從而得到與其近似的高階傳遞函數(shù);進(jìn)行為獲得反饋電路的傳遞函數(shù)的設(shè)計，以得到所需的開環(huán)傳遞函數(shù)。這樣，詳盡的設(shè)計就很復(fù)雜。

（3）SSDC的設(shè)計要照顧到與包括常規(guī)基本控制在內(nèi)的交流/直流系統(tǒng)有關(guān)的相當(dāng)簡單的模型。尤其是在發(fā)電機(jī)的情況下，由于采用了一個只計及角速度的變化量△ω的簡單的電壓模型，對于以其為依據(jù)的穩(wěn)定方案，當(dāng)應(yīng)用于真實系統(tǒng)時，認(rèn)為需要事先進(jìn)行仿真器研究或現(xiàn)場校驗。

（4）穩(wěn)定信號是通過發(fā)電機(jī)電流補(bǔ)償從交流母線電壓中取出發(fā)電機(jī)的內(nèi)部電壓得到的，以便取得一個盡量接近發(fā)電機(jī)△ω的穩(wěn)定信號，再將這樣得到的內(nèi)電壓輸入給一個頻率檢測器。然而，還是不能說關(guān)于任何其它的信號是否都能用作穩(wěn)定信號的研究的任何可能方面都已經(jīng)顧及了。

考慮到對上述（1）至（4）項的研究，本發(fā)明的目的是提出一種穩(wěn)定裝置，該裝置減小直流輸電的控制系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振蕩之間的相互作用而不損害直流傳輸所固有的高響應(yīng)性能，從而比較容易設(shè)計。

為了達(dá)到這個目的，本發(fā)明的實現(xiàn)過程如下：首先假定汽輪發(fā)電機(jī)的基頻與其軸系所含的自然頻率分別用f₁和fm表示。利用帶通濾波器分別檢測出次同步分量（f₁-fm）與超同步分量（f₁+fm）。如此測得的這些分量利用發(fā)電機(jī)相位θ_G至少在d和q軸之一進(jìn)行變換。從而，得到次同步分量與超同步分量的△id和△iq中的至少一個。將由此得出的該分量通過一個帶通濾波器，就得到一個穩(wěn)定信號。這樣獲得的穩(wěn)定信號被用來對直流輸電中的變換器進(jìn)行控制。

亦即，這個穩(wěn)定信號是根據(jù)下列參數(shù)形成的。

1.次同步分量和超同步分量的d、q軸轉(zhuǎn)換變量△id與△iq，這些分量是基頻電流的邊頻帶波。

2.同步電路鎖相環(huán)（以下稱為“PLL”）的同步相位誤差△θep。