電力系統次同步諧振的分析與控制

《電力系統次同步諧振的分析與控制》是2015年6月科學出版社出版的圖書，作者是謝小榮、韓英鐸、郭錫玖。

基本介紹

• 中文名：電力系統次同步諧振的分析與控制
• 作者：謝小榮、韓英鐸、郭錫玖
• 出版社：科學出版社
• 出版時間：2015年6月
• 頁數：508 頁
• 定價：168.00
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝
• ISBN：9787030443069
• 字數：440千字

內容簡介

《電力系統次同步諧振的分析與控制》是作者團隊在次同步諧振分析與控制領域近十年來研究與實踐工作的總結與提煉。《電力系統次同步諧振的分析與控制》共13章。第1~4章側重於次同步諧振的機理形態、系統建模和分析方法，重點論述多機複雜電力系統的SSR多維定量分析方法；第5章綜述SSR防控的基本原理、一般方法和國內外套用工程；第6、7、9、10章分別具體分析了四種SSR控制技術，即附加勵磁阻尼控制、基於晶閘管控制電抗器的次同步諧振阻尼控制、阻塞濾波器和基於電力電子變流器的新型機端次同步阻尼控制；第8章論述了SSR控制參數的最佳化設計方法；第11、12章介紹SSR的保護與測試技術；第13章以實際串補輸電系統為例說明所述分析、控制與試驗方法在工程實踐中的套用。

圖書目錄

前言

第1章概述1

1.1次同步諧振的基本概念1

1.2次同步諧振的機理與形態3

1.2.1感應發電機效應4

1.2.2扭振互作用5

1.2.3暫態扭矩放大6

1.2.4多形態與多模式次同步諧振6

1.3次同步諧振研究的簡要回顧7

1.4次同步諧振的危害9

1.5我國電網次同步諧振問題及其特徵11

1.6本書的特色與重點14

參考文獻15

第2章次同步諧振分析的模型與參數17

2.1模型構成與建模概述17

2.2汽輪發電機組20

2.2.1整體構成20

2.2.2同步發電機21

2.2.3勵磁系統26

2.2.4軸系機械系統29

2.2.5原動機及其調速系統39

2.3串聯補償電容器41

2.3.1構成41

2.3.2線性模型42

2.3.3非線性時域仿真模型43

2.4交流電力網路44

2.4.1交流輸電線路44

2.4.2並聯電抗器45

2.4.3其他電網元件46

2.4.4交流電網的通用模型46

2.4.5保護一二次設備47

2.5其他設備48

2.6機網接口48

2.7建模中一些需要關注的問題51

2.7.1同母線多台並在線上組的等值處理51

2.7.2複雜大電網的等值與簡化52

參考文獻55

第3章次同步諧振的多維定量分析56

3.1次同步諧振問題的多維度性56

3.2多維定量分析的基本框架與方法概述57

3.2.1已有分析方法概述57

3.2.2多維定量分析方法的框架與指標體系67

3.2.3模式阻尼及其表達方法68

3.3多機多模式SSR的特徵值分析69

3.3.1分析流程69

3.3.2小範圍線性化建模70

3.3.3SSR模式特徵值提取79

3.3.4SSR特徵值分析示例81

3.4SSR模式阻尼的量化計算88

3.4.1串聯電容補償輸電系統的通用性等值模型88

3.4.2基於阻抗頻率掃描和最小二乘參數擬合的串聯電容補償輸電網路等值88

3.4.3模式阻尼的推導90

3.4.4模式阻尼量化計算的算例驗證與比較94

3.4.5量化計算方法小結與適用性分析98

3.5多機多模式SSR的時域仿真分析99

參考文獻102

第4章次同步諧振的主要影響因素分析103

4.1影響SSR特性的主要因素概述103

4.2串聯補償電容和線路阻抗參數對SSR特性的影響104

4.2.1串補度107

4.2.2串聯補償電容的保護方式與保護電壓水平110

4.2.3串聯補償電容的結構111

4.2.4電網的線路阻抗111

4.3機組軸系參數對SSR特性的影響111

4.3.1機組軸系扭振模式的頻率113

4.3.2扭振模式的機械阻尼113

4.3.3扭振模式的振型114

4.3.4機組軸系的材料、結構和尺寸114

4.4同步發電機參數及其控制系統對SSR特性的影響114

4.4.1同步發電機參數119

4.4.2同步發電機控制系統120

4.5多機系統的機組組合與電網運行方式對SSR特性的影響120

4.5.1機組組合方式120

4.5.2電網運行方式122

4.6擾動或故障形態和參數對SSR特性的影響123

4.7FACTS控制器對SSR特性影響的概述129

參考文獻132

第5章次同步諧振控制方法概述133

5.1SSR控制的目標133

5.2SSR控制的基本原理134

5.3SSR防控方法概述136

5.3.1機組製造階段通過適當設計機組軸系參數避免或降低SSR風險136

5.3.2調整同步發電機的參數137

5.3.3調整電網結構和參數138

5.3.4協調機網運行138

5.3.5無源濾波器139

5.3.6SSR保護措施140

5.3.7附加勵磁阻尼控制140

5.3.8最佳化設計串聯電容的MOV和/或間隙來降低故障引起的衝擊扭矩140

5.3.9電力電子控制器或FACTS設備141

5.3.10其他方法148

5.4各種方法對防控SSR的作用148

5.5國內外解決SSR問題的工程套用概述150

5.5.1國外的SSR防控工程150

5.5.2國內的SSR防控工程151

5.6防控SSR的經驗與建議151

5.6.1機網或廠網協調防控SSR的原則與思路152

5.6.2機網協調規劃以降低SSR風險154

5.6.3量化評估以定位SSR風險155

5.6.4機網協調的SSR防控體系156

5.6.5SSR防控方案的技術經濟比較158

5.7本書重點關注的SSR控制與保護方法160

參考文獻160第6章次同步諧振的附加勵磁阻尼控制（SEDC）162

6.1SEDC原理與套用概述162

6.1.1基本原理162

6.1.2關鍵技術163

6.1.3研發與套用歷程回顧166

6.2多模式SEDC及其最佳化設計168

6.2.1多模式SSR阻尼控制思路與基本結構168

6.2.2反饋信號選擇169

6.2.3前置信號處理173

6.2.4模式濾波器的設計174

6.2.5比例?移相式控制規律176

6.2.6輸出限幅177

6.2.7控制規律及其參數的最佳化設計問題178

6.3SEDC控制效果分析181

6.3.1採用特徵值方法驗證SEDC提高模式阻尼和鎮定SSR的效果182

6.3.2採用時域仿真方法驗證SEDC抑制SSR和改善其暫態特性的效果184

6.4SEDC與勵磁系統的配合192

6.4.1勵磁系統整流控制方式對SEDC控制信號通過性的影響分析192

6.4.2SEDC對勵磁系統主要常規功能的影響分析194

6.5SEDC工業裝置200

6.5.1SEDC裝置的硬體結構201

6.5.2SEDC裝置的軟體開發202

6.5.3SEDC工業裝置的外觀202

6.5.4SEDC工業裝置的功能特點204

6.6SEDC提高扭振模式阻尼的激勵與抑制試驗204

6.6.1試驗原理204

6.6.2試驗環境205

6.6.3主要試驗內容及其結果205

6.6.4試驗小結208

6.7SEDC的限制條件209

6.8SEDC在國內的套用211

參考文獻211

第7章基於晶閘管控制電抗器的次同步諧振阻尼控制（TCR/SSDC）213

7.1套用SVC抑制SSR的研發歷程回顧213

7.2基於基波導納次同步頻率調製的TCR/SSDC控制方法215

7.2.1TCR的模型分析和次同步控制機理215

7.2.2工頻電納次同步頻率調製的時域仿真分析218

7.2.3工頻電納次同步調製的設備試驗220

7.2.4多模式TCR?SSDC基本結構222

7.3TCR/SVC及其多模式SSDC的最佳化設計223

7.3.1錦界串聯電容補償輸電系統及其SSR問題分析223

7.3.2TCR/SVC的接入電路結構226

7.3.3SVC容量設計226

7.3.4SSDC的最佳化設計227

7.4SVC-SSDC的控制效果分析231

7.4.1小擾動情況的特徵值分析驗證231

7.4.2仿真分析驗證232

7.5SVC/SSDC對機網系統的影響236

7.5.1對系統電壓的影響236

7.5.2諧波影響238

參考文獻240

第8章基於遺傳-模擬退火算法的次同步諧振控制參數最佳化設計242

8.1次同步諧振控制參數設計概述242

8.1.1設計目標242

8.1.2控制系統參數的一般設計流程244

8.1.3基於近似線性系統模型的約束最佳化設計問題246

8.2基於遺傳?模擬退火算法的參數最佳化方法248

8.2.1遺傳?模擬退火算法簡介248

8.2.2遺傳?模擬退火算法流程249

8.2.3遺傳?模擬退火算法的實現與套用253

8.3基於遺傳?模擬退火算法的SEDC比例-移相參數設計253

8.4基於遺傳?模擬退火算法的SVC-SSDC比例?移相參數設計254

參考文獻255

第9章阻塞濾波器257

9.1套用無源濾波器防範SSR的研發概述257

9.1.1串聯型（阻塞）濾波器258

9.1.2並聯型濾波器259

9.1.3旁路型濾波器259

9.1.4套用情況260

9.2托克托SSR防治工程概述261

9.2.1托克托電廠及其串聯電容補償輸電系統261

9.2.2串聯電容補償引發的SSR問題261

9.2.3BF方案及其問題261

9.2.4改進BF方案及其實施262

9.3串聯電容補償引發的SSR風險分析263

9.3.1系統分析的評價方式263

9.3.2特徵值分析264

9.3.3模式阻尼的參數靈敏度分析265

9.3.4時域仿真分析277

9.3.5風險分析小結277

9.4BF及其引發IGE-SSR的分析277

9.4.1電路結構與參數277

9.4.2BF投運引發的自激現象279

9.4.3BF電路的阻抗-頻率特性280

9.4.4特徵值分析282

9.4.5時域仿真分析284

9.4.6BF引發IGE-SSR的分析小結285

9.5BF的最佳化修正設計285

9.5.1BF可修正的參數分析285

9.5.2BF可能的修正方案及其對比分析286

9.5.3BF電抗支路品質因數TI和IGE模式阻尼的影響分析287

9.5.4BF增補電阻的參數最佳化設計288

9.5.5修正BF的控制效果分析289

9.6修正BF的現場試驗292

9.7托克托電廠BF的工程套用及經驗小結295

參考文獻297

第10章基於電力電子變流器的次同步阻尼控制方法298

10.1技術發展趨勢和實際工程背景298

10.2GTSDC的原理與構成300

10.2.1基本原理300

10.2.2GTSDC的構成301

10.2.3MSDC的構成301

10.2.4CTI的構成302

10.2.5GTSDC的技術、經濟特點304

10.2.6GTSDC與常規STATCOM和有源濾波器的聯繫304

10.2.7GTSDC的關鍵技術305

10.3多模式次同步阻尼控制器（MSDC）307

10.3.1MSDC的控制策略307

10.3.2模式濾波器設計307

10.3.3增益和相位補償的設計309

10.3.4補償電流計算器310

10.4CTI及其控制系統311

10.4.1主電路結構311

10.4.2CTI主要參數的設計313

10.4.3CTI的控制316

10.5GTSDC的模型分析319

10.5.1建模方法319

10.5.2詳細電路模型和可控電流源簡化模型320

10.5.3近似線性化模型323

10.6GTSDC提供的電氣阻尼分析323

10.6.1實際注入機組電流324

10.6.2電氣阻尼係數的推導325

10.6.3相位補償設計原則326

10.7裝置研發327

10.8上都電廠6號機組GTSDC的試驗分析329

10.8.1試驗工況與主要試驗項目329

10.8.2GTSDC控制參數的現場整定330

10.8.3信號注入激勵及提高模式阻尼的測試331

10.8.4GTSDC抑制持續激勵扭振的試驗335

10.8.5試驗結論339

10.9GTSDC對機網系統的影響分析340

參考文獻340

第11章次同步諧振的保護342

11.1次同步諧振保護的研究與套用情況概述342

11.2電廠側次同步諧振協調保護系統344

11.2.1體系結構344

11.2.2機組層次的TSR344

11.2.3電廠層次的協調機制348

11.2.4跳閘邏輯及其定值小結349

11.2.5保護系統的特點小結350

11.3疲勞壽命損失的線上估計方法351

11.3.1相關基本概念351

11.3.2方法概述352

11.3.3軸系機械扭矩的線上辨識354

11.3.4FLoL的線上計算365

11.4工程套用381

11.4.1保護定值設定381

11.4.2一次短路故障的保護回響過程及其分析382

11.4.3保護動作過程分析382

參考文獻384

第12章次同步諧振的測試386

12.1測試技術概述386

12.2次同步諧振/扭振的可控激勵387

12.2.1基本概念與方法綜述387

12.2.2附加勵磁信號注入激勵390

12.2.3定子側電流注入激勵395

12.2.4電網側操作/擾動激勵398

12.3機組軸系扭振參數的測試與辨識399

12.3.1已有方法小結399

12.3.2基於SESI激勵的扭振模式頻率/阻尼測辨原理400

12.3.3測辨流程401

12.3.4模式頻率的精確定位402

12.3.5基於改進DFT算法的模式頻率和模式阻尼辨識403

12.3.6從總模式阻尼中分離出機械模式阻尼405

12.3.7測辨方法在上都電廠的套用405

12.3.8測辨方法小結408

12.4次同步諧振特性驗證與模型校核試驗409

12.4.1模型分析與現場試驗相結合的必要性和重要性410

12.4.2特性驗證與模型校核試驗的一般流程411

12.4.3實例之一——托克托電廠412

12.4.4實例之二——上都電廠417

12.5控制系統的開環測辨、參數核定與驗證試驗417

12.5.1開環測辨418

12.5.2控制系統參數核定419

12.5.3控制系統的機網（串聯電容補償）聯合驗證試驗420

參考文獻422

第13章工程案例——上都串聯電容補償輸電系統424

13.1上都串聯電容補償輸電系統及其SSR問題的演變424

13.2工程研發的一般流程425

13.3二期工程的SSR分析與控制427

13.3.1SSR問題的分析427

13.3.2防控方案選擇428

13.3.3機網聯合試驗429

13.3.4短路故障激發軸系扭振的錄波數據分析437

13.3.5二期工程SSR防控項目的效益437

13.4三期工程的SSR分析與控制438

13.4.1系統演變對SSR問題的影響分析438

13.4.2增強的防控方案設計441

13.4.3機網聯合試驗443

13.5工程經驗與展望448

附錄A上都串聯電容補償輸電系統（二期工程）的模型與參數451

A.1系統簡介451

A.2等值系統451

A.3發變組模型與參數452

A.4汽輪發電機軸系模型與參數453

A.5勵磁系統模型與參數455

A.6汽輪機及其控制系統的模型與參數458

A.7上都?承德線串聯補償電容的主要技術參數461

A.8SEDC參數462

參考文獻462

附錄B上都串聯電容補償輸電系統（三期工程）的模型與參數463

B.1系統簡介463

B.2等值系統463

B.3三期發變組模型與參數464

B.4汽輪發電機軸系模型與參數465

B.5SEDC參數467

B.6其他參數467

附錄C伊敏電廠3號機軸系模型與參數468

附錄D錦界串聯電容補償輸電系統（二期工程）的模型與參數470

D.1系統簡介470

D.2錦界電廠二期工程的等值系統470

D.3發變組模型與參數472

D.4汽輪發電機軸系模型與參數474

D.5勵磁系統模型與參數476

附錄E托克托串聯電容補償輸電系統的模型與參數478

E.1等值電網478

E.2發變組模型參數480

E.3汽輪發電機軸系模型與參數484

E.4勵磁系統模型與參數486

E.5BF參數488

E.6串聯補償電容裝置的部分技術參數490