SEDC在抑制鄂温克电厂次同步振荡中的应用

张 治，扈 娟，赵伟华，王莹莹

（1.内蒙古蒙东能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021130；2.北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085）

SEDC在抑制鄂温克电厂次同步振荡中的应用

张 治1，扈 娟1，赵伟华2，王莹莹2

（1.内蒙古蒙东能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021130；2.北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085）

从鄂温克电厂次同步振荡风险评估入手，研究了SEDC在解决鄂温克电厂次同步振荡问题中的应用。通过现场试验对SEDC的比例移相系数进行整定优化；采用励磁注入激励法激发出轴系扭振来检验SEDC的抑制效果，结果表明SEDC可大幅提高机组的各阶模态阻尼；对于外部持续扰动，SEDC可发挥持续的抑制作用。SEDC可有效抑制鄂温克电厂的次同步振荡问题，保障机组的安全稳定运行。

次同步振荡；SEDC；励磁注入激励法；模态阻尼

1 鄂温克电厂送出系统

随着远距离、大容量输电需求的上升，为提高输电能力而采用的串联补偿技术被大量运用，直流输电也迅猛发展［1］。串联补偿技术在提高输电能力的同时，也给电网的稳定运行带来了一定风险，设计和运行操作不当可能引发电力系统的次同步振荡问题［2－4］。

鄂温克电厂现有2 600 MW汽轮发电机组，电厂位于呼伦贝尔煤电基地，通过±500 kV呼辽直流、500 kV伊冯交流串补线路向东北电网送电，鄂温克电厂送出系统如图1所示。呼盟煤电机组有鄂温克、呼伦贝尔、伊敏三个大型火力发电厂。伊敏发电厂一期、二期机组通过双回交流串补500 kV线路接入东北电网冯屯变电站，在伊冯双回线上加装固定串补及可控串联补偿装置，补偿度按15%可控串补＋30%固定串补装设。伊敏电厂三期机组、呼伦贝尔发电厂2×600MW发电机组、鄂温克电厂2×600 MW发电机组输出功率主要通过呼辽直流工程送出。该直流输电一端为内蒙古伊敏换流站，另一端为辽宁穆家换流站。

图1 鄂温克电厂送出系统

由于呼伦贝尔煤电基地送出系统中既有直流输电整流站又有可控串补线路，因此地区内各发电厂机组均存在发生次同步振荡的风险。通过鄂温克电厂机组装设的TSR（扭应力保护装置）监测的录波分析，在某些工况下，鄂温克电厂机组存在持续、低幅值次同步振荡。

2 鄂温克电厂次同步振荡分析

鄂温克电厂机组轴系多质块模型如图2所示，经过现场实测，轴系模态频率分别为20.34 Hz和28.26 Hz。

图2 鄂温克电厂机组轴系多质块模型

基于PSCAD／EMTDC建立鄂温克电厂送出系统次同步振荡的时域仿真计算模型。由于交直流并列运行是鄂温克电厂外送系统的主要运行方式，故分析在此运行方式下的机组次同步振荡特性。

在交直流并列运行方式下分别进行交流故障、直流故障、小扰动分析，以下分别列出各种故障情况下的时域仿真结果。

a.交流故障。伊敏电厂到伊敏换流站单回线单相故障，0.1 s后切除故障相，经过0.6 s故障相重合闸成功。此故障引起的发电机侧转速差曲线以及缸体间的扭矩动态变化曲线如图3、图4所示。

b.直流故障。穆家换流站交流母线单相接地故障引起逆变侧换相失败。此故障引起的发电机侧转速偏差曲线以及缸体间的扭矩动态变化曲线如图5、图6所示。

c.网侧扰动。在伊敏换流站施加与模态1和模态2互补的谐波电流，谐波扰动持续存在。此时的发电机侧转速偏差曲线以及缸体间的扭矩动态变化曲线如图7、图8所示。

根据上述仿真结果，由于故障引起的冲击性扭振会激发出较大的扭振模态幅值，在轴系自身阻尼作用下扭振信号逐渐收敛；在持续外部小扰动作用下会造成轴系疲劳损伤不断累积。无论是冲击响应还是持续振荡，如不采取抑制措施会对轴系造成较大损害。

为消除次同步振荡对鄂温克电厂机组及电网的安全稳定运行带来的危害，综合考虑经济性及阻尼能力，在鄂温克电厂侧加装附加励磁阻尼控制器（SEDC）作为其中之一的抑制措施。

图3 交流故障时发电机转速偏差曲线

图4 交流故障时低压缸—发电机间扭矩动态变化曲线

图5 直流故障时发电机转速偏差曲线

图6 直流故障时低压缸—发电机间扭矩动态变化曲线

图7 网侧扰动时发电机转速偏差曲线

图8 网侧扰动时低压缸—发电机间扭矩动态变化曲线

3 SEDC抑制次同步振荡的机理

SEDC通过安装于高压缸和电机侧的测速齿盘获得汽机侧和电机侧转速，采用特定的模态解调算法提取模态信号，再分别经过比例和移相环节得到各个模态的控制信号，相加后进行适当限幅，形成SEDC总的控制输出，经限幅后叠加到晶闸管励磁调节器的触发角控制信号上，控制励磁绕组产生次同步频率励磁电压，从而产生次同步频率电流和磁链，进而产生次同步频率的电磁转矩。只要SEDC的比例和移相环节参数适当，这个转矩就能对轴系的次同步扭矩起到阻尼作用［5］。SEDC属于转子侧抑制设备。

SEDC抑制SSO的原理如图9所示。若在小扰动情况下发生次同步振荡，SEDC能快速使其收敛；若大扰动引起次同步振荡，则在限幅范围内SEDC对后续振荡提供持续阻尼，避免次同步振荡发散。

图9 SEDC原理

4 SEDC抑制次同步振荡的效果分析

SEDC控制规律主要包括2个环节，模态滤波环节和比例移相环节，分别如图10和图11所示。

图10 SEDC模态滤波环节

图11 SEDC增益移相环节

其中，增益系数和相位补偿时间常数为需要优化的参数。在现场通过励磁注入激励法［6］进行参数整定，获得最优的抑制效果。各模态在不同时间常数下的模态衰减系数如表1，当时间常数分别为0.003 8和0.000 8时，模态转速信号的衰减系数最大，SEDC的闭环抑制效果最优。

表1 不同时间常数下的模态衰减系数

轴系扭振通过在励磁端注入次同步信号被激发，在撤去激励后，无抑制措施时，在轴系自身阻尼下，模态转速信号自由衰减；若在撤去激励时投入具有最优控制参数的SEDC，模态转速信号衰减速率显著提高。模态转速动态曲线的对比如图12所示。在激励条件下，模态转速达到0.1 rad／s。退出激励后，在轴系自身阻尼条件下的模态衰减情况如蓝色曲线所示；在SEDC抑制条件下的模态衰减情况如红色曲线所示，衰减速率明显提升。

图12 有／无SEDC投入时的模态转速动态曲线

无论在机网稳定运行、常规操作还是故障扰动下，SEDC均能实时反映机组轴系和系统动态并产生对应的连续控制信号，在励磁系统产生所需的转子附加电流，提供次同步扭振阻尼扭矩［7］。为验证SEDC的持续抑制效果，通过电网注入激励法，模拟网侧持续的扰动源，分析轴系扭振的激发情况。

通过电网注入激励法激发轴系扭振，如图13所示，模态转速信号达到0.1 rad／s，在网侧激励持续存在时，投入SEDC抑制，模态转速信号降低并维持在0.05 rad／s以内。试验结果表明SEDC能够实时跟踪模态转速信号并进行持续抑制。

在未投运SEDC抑制前，鄂温克电厂机组的TSR每天启动录波次数达到200次左右。SEDC参数整定优化后，进行现场投运，统计TSR录波每天启动次数，减少了60%～70%，由此可见SEDC可解决鄂温克电厂70%左右的次同步振荡问题。

5 结束语

呼辽高压直流工程及可控串补输电引发鄂温克电厂2台600 MW机组频繁发生持续、小幅值次同步振荡，在厂侧安装SEDC装置作为抑制措施之一。

图13 网侧持续激励时SEDC抑制效果

首先分析了鄂温克电厂的次同步振荡特性，在线路故障及扰动发生时，会激发出明显的轴系扭振，威胁机组轴系安全，需采取抑制保护措施，SEDC可用于对鄂温克电厂次同步振荡的抑制；然后对SEDC抑制次同步振荡的机理进行了研究；并通过励磁注入激励法整定优化SEDC的增益、移相参数。观察有无SEDC投入时的模态转速信号的动态变化情况，表明SEDC可以显著提高机组模态阻尼，加快扭振信号收敛速度；在外部扰动持续存在时，SEDC可将扭振信号控制在较低的水平，减少对轴系疲劳的损害。此外，SEDC投运后，对录波启动次数进行统计，启动次数减少了60%～70%，表明SDEC可解决鄂温克电厂60%～70%的次同步振荡问题，可补充阻尼能力更强的抑制装置，与SEDC互为备用，全面解决鄂温克电厂机组的次同步振荡。

［1］王贯义.电力系统次同步振荡机理及抑制措施的研究［D］.南京：东南大学，2008.

［2］徐 政，张 帆.托克托电厂串补送出方案次同步谐振问题的计算和分析［J］.中国电力，2006，39（11）：21－26.

［3］杨 煜，陈 陈.伊敏—大庆500 kV输电系统次同步谐振分析——兼论发电机轴系共振频率［J］.电网技术，2000，24（5）：10－12.

［4］王继伟，鄂士平.高岭换流站工程次同步振荡原因及解决办法［J］.东北电力技术，2009，30（11）：20－21.

［5］刘世宇，谢小荣，王仲鸿.我国火电基地串补输电系统的次同步谐振问题［J］.电网技术，2008，32（1）：5－8.

［6］孙 峰，张洪存，吴 军.应用可控串补交直流系统暂态稳定性研究［J］.东北电力技术，2010，31（1）：14－17.

［7］谢小荣，刘世宇，张树卿，等.附加励磁阻尼控制抑制多模态SSR的机理及其关键技术［J］.电力系统自动化，2007，31（21）：10－14.

［8］郭锡玖，谢小荣，刘世宇，等.上都电厂SEDC提供次同步扭振阻尼的现场试验［J］.电力系统自动化，2008，32（10）：97－100.

［9］董小亮，谢小荣，李国庆，等.采用SEDC和GTSDC抑制SSR的控制参数优化设计［J］.电力系统保护与控制，2012，40（20）：83－88.

Application on Solving Subsynchronous Oscillation Based on SEDC in Ewenki Plant

ZHANG Zhi1，HU Juan1，ZHAO Weihua2，WANG Yingying2
（1.Inner Mongolia MengDong Energy Co.，Ltd.，Hulunbeir，Inner Mongolia 021130，China；2.Beijing Sifang Automation Co.，Ltd.，Beijing 100085，China）

This paper assesses the subsynchronous oscillation risk of Ewenki power plant and proposes solutions using SEDC to sup⁃press the SSO.The proportion and phase⁃shifting parameters of SEDC are tuned and optimized through the field test.The suppression effect is verified by torsional vibration of shaft system excited through excitation system shows that the SEDC can dramatically improve modal damping of units.Besides，for external persistent disturbances，SEDC can provide continuous suppression effect.SEDC can ef⁃fectively suppress the SSO of Ewenki power plant and guarantee secure and stable operation of units.

Subsynchronous oscillation；SEDC；Excited excitation method；Modal damping

TM712

A

1004－7913（2016）10－0049－04

张 治（1984），男，学士，工程师，主要从事电力系统自动化技术研究工作。

2016－04－19）