专利名称：多机系统次同步谐振特征值分析模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统次同步谐振分析方法，具体涉及到多机电力系统次同步谐振 的特征值分析模型。
背景技术：
在电力系统次同步谐振的分析方法中，特征值分析法是一种严格的、准确的、基于 线性系统理论的分析方法。特征值分析模型非常有效，能提供被研究对象的大量特征信息。 在对被研究对象进行小干扰线性化所得到模型的基础上，特征值分析法通过求解系统状态 方程系数矩阵的特征值和特征向量，可以判断系统次同步谐振的稳定性，得到与谐振阻尼 特性相关的许多信息；与控制理论相结合，还可用于设计控制器以抑制电力系统中的次同 步谐振。由于次同步谐振问题要分析的是既非工频(50Hz或60Hz)又非低频(IOHz以下) 的成分，故分析模型非常复杂汽轮发电机轴系采用弹性多质量块模型；发电机方程要计 及定子暂态；网络也要用电磁暂态模型。在abc三相静止坐标系下，发电机定子绕组的自感、互感以及定、转子绕组间的互 感系数均为随转子位置变化而周期性变化的参数。因此在abc坐标系下不能列写常系数微 分方程组。为此，采用派克变换，立足于d和q旋转坐标分析电机的电磁现象。经过派克变 换后得到的dq坐标系下的同步电机方程电感参数均为常数，所得方程均为常系数微分方程。根据dq坐标系的定义，q轴位置与发电机电势位置Eq重合，而Eq与系统的夹角为 功角。功角随发电机的参数、出力水平不同而不同。由于不同的发电机运行在不同的功角， 所以不同发电机的dq轴位置并不相同，如图1。因此，采用dq坐标系列写多机系统特征根 方程的难点在于，方程组只容许一个dq坐标系，而多台发电机各自采用不同的dq坐标系。
发明内容
本发明的目的是提供一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所 述次同步谐振线性化特征值分析模型应包括不同参数汽轮发电机组多机系统特征值分析 模型和相同参数汽轮发电机组多机系统特征值分析模型；所述不同参数汽轮发电机组多机 系统特征值分析模型主要包括汽轮发电机组轴系方程、发电机电压和磁链方程、输电线路 电磁暂态方程、串联补偿电容电磁暂态方程以及励磁控制器等控制系统方程，在此基础上 可以求解状态方程系数矩阵的特征值和特征向量。本发明的有益效果是此方法可以分别列写出汽轮发电机轴系多质量块模型转子 运动方程；发电机磁链及电压的电磁暂态方程；输电线路电磁暂态方程；串联补偿电容电 磁暂态方程以及励磁控制器等控制系统方程。对上述方程在稳态运行点进行线性化，得到 关于状态量的微分方程组。可以判断系统次同步谐振的稳定性，得到与谐振阻尼特性相关 的许多信息；与控制理论相结合，还可用于设计控制器以抑制电力系统中的次同步谐振。
图为1多机系统dq坐标与同步坐标空间矢量图。图2为多机系统次同步谐振分析用系统图。图3为轴系各个质量块扭转运动关系。图4为可控硅励磁调节系统传递框5为dq-xy-abc坐标系关系。图6为伊敏电厂一期、二期经串补送出系统图。
具体实施例方式本发明提供一种多机系统次同步谐振特征值分析模型。所述次同步谐振线性化特 征值分析应包括汽轮发电机组轴系方程、发电机电压和磁链方程、输电线路电磁暂态方程、 串联补偿电容电磁暂态方程以及励磁控制器等控制系统方程。下面以多机系统次同步谐振 特征值分析实例来说明本发明。一、不同参数汽轮发电机组多机系统特征值分析模型1.发电机轴系方程以IEEE次同步谐振第一标准算例的轴系参数为例，将汽轮发电机组轴系划分为 六个轴段，每个轴段分别视为一个等值的刚性集中质量块，各质量块之间通过无质量的弹 簧连接，以模拟轴段之间的力矩传递关系，其中HP、MP、LP1、LP2、GEN和EX分别表示汽轮机 高压缸、中压缸、第一低压缸1、第二低压缸2、发电机和励磁机质量块。作用在每个质量块上的转矩包括原动性的蒸汽转矩和制动性的电磁转矩、相邻轴 段之间传递的转矩以及阻尼转矩，如图3所示。根据虎克定律和牛顿第二力学定律，可以列 写轴系转子运动方程如下
权利要求
1.一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所述次同步谐振线性化特 征值分析模型应包括不同参数汽轮发电机组多机系统特征值分析模型和相同参数汽轮发 电机组多机系统特征值分析模型；所述不同参数汽轮发电机组多机系统特征值分析模型主 要包括汽轮发电机组轴系方程、发电机电压和磁链方程、输电线路电磁暂态方程、串联补偿 电容电磁暂态方程以及励磁控制器等控制系统方程的建立。
2.根据权利要求1所述一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所述 汽轮发电机组轴系方程是基于IEEE次同步谐振第一标准算例的轴系参数，将汽轮发电机 组轴系划分为六个轴段，每个轴段分别视为一个等值的刚性集中质量块，各质量块之间通 过无质量的弹簧连接，描述模拟轴段之间的力矩传递关系，其中HP、MP、LPU LP2、GEN和 EX分别表示汽轮机高压缸、中压缸、第一低压缸(1)、第二低压缸O)、发电机和励磁机质 量块；作用在每个质量块上的转矩包括原动性的蒸汽转矩和制动性的电磁转矩、相邻轴段 之间传递的转矩以及阻尼转矩，根据虎克定律和牛顿第二力学定律，轴系转子运动方程如 下
3.根据权利要求1所述一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所述 发电机电压和磁链方程为考虑发电机转子有三个等值阻尼绕组D，g，Q的情况，即转子d轴 和q轴上各有两个绕组，分别为f、D和g、Q的情况，其中绕组f为励磁绕组、由于正常运行 时三相对称，因此不考虑零序分量，同时认为d轴和q轴上各绕组间的互感相等，分别等于 Xad和、,。得到发电机电压和磁链方程将发电机各绕组磁链和电压方程在其运行点线性 化后得到方程为
4.根据权利要求1所述一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所述 输电线路电磁暂态方程为用电阻R表示变压器电阻&、线路电阻&及系统等值电阻&之 和，电抗X表示工频下变压器电抗)(τ、线路电抗&及系统等值电抗\之和，发电机端电压为 ut，补偿电容两端电压为u。，无穷大母线电压为Utl，则电阻R及电抗X串联支路的电压方程 为
5.根据权利要求1所述一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所述 串联补偿电容电磁暂态方程为设Xe为工频下串补电容C的容抗，其标么值为1/C，则电容两 端的电压和电流关系式为
6.根据权利要求1所述一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，励磁 控制器控制系统方程为励磁调节系统在运行点线性化后的动态方程为
7.根据权利要求1所述一种多机系统次同步谐振特征值分析模型，其特征在于，所述 相同参数汽轮发电机组多机系统特征值分析模型对于多台相同参数的发电机，不需要分别 对每台发电机列写方程，只需要将多台发电机容量相加，并将原有发电机电气标么参数在 新容量下重新折算。发电机轴系标么参数包括质量块惯性时间常数、轴刚度以及机械阻尼 等，也都按照新容量重新折算。折算关系如下式(省略标么值符号*)
全文摘要
本发明涉及电力系统次同步谐振分析的特征值分析模型，公开了一种用于多机电力系统次同步谐振分析的特征值分析模型和步骤。此方法的推导和计算过程包括分别列写汽轮发电机轴系多质量块模型转子运动方程；发电机磁链及电压的电磁暂态方程；输电线路电磁暂态方程；串联补偿电容电磁暂态方程以及励磁控制器等控制系统方程。对上述方程在稳态运行点进行线性化，得到关于状态量的微分方程组。在此基础上可以求解状态方程系数矩阵的特征值和特征向量。可以判断系统次同步谐振的稳定性，得到与谐振阻尼特性相关的许多信息；与控制理论相结合，还可用于设计控制器以抑制电力系统中的次同步谐振。
文档编号H02J3/24GK102064557SQ201010606730
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者张鹏, 杨奇逊, 毕天姝, 肖仕武, 薛安成 申请人:华北电力大学