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获得2016年国家科技进步二等奖的“大型汽轮发电机组次同步谐振/振荡的控制与保护技术、装备及应用”项...


   在过去10余年内,因我国西北地区众多的煤炭基地建设大型电站,采用了串联电容补偿或高压直流技术实现远距离输电,致使汽轮发电机组与串补交流/高压直流电网相互作用引发了次同步谐振/振荡,这种现象将会直接影响机组轴系安全和电网稳定,问题一旦爆发,则会出现大轴断裂,间接导致电厂突发性断电,局部电网瘫痪的恶劣情况。因此,解决次同步谐振/振荡问题是保证电厂稳定送出的重大技术挑战。

北方联合电力有限责任公司、四方公司、华北电网有限公司、华北电力大学、清华大学、华北电力科学研究院有限责任公司、内蒙古上都发电有限责任公司等单位一起,在多个细分领域和学科密切协作,共同攻关。最终,项目主体成果共形成三个自主研发的首台装置,若干项关键技术的首创,多项重大工程的首次应用。
    
项目成果包括我国首台附加励磁阻尼控制器SEDC、首台扭振保护装置TSR和国际首台机端次同步阻尼控制器GTSDC三个细分产品。首创了汽轮发电机组次同步谐振/振荡的定-转子多模态优化阻尼控制技术、汽轮发电机组的多时间尺度-协调扭振保护技术和次同步谐振/振荡控制保护成套设备及集成应用技术。
    
成果的应用层面,目前已在我国数十个电厂与海外市场中推广应用,并实现了国内首次持续存在的SSO监测工程应用、国内首个交流串补送出工程应用、国内首个HVDC送出系统工程应用、国内首个新能源并网引起的次同步谐波造成轴系扭振的应用、国际首个海外核电站HVDC与串补的次同步谐振抑制工程应用。
   
本成果不仅首次完整解决了大型汽轮机组次同步谐振/振荡的控制与保护难题,更重要的是依靠自主创新打破了国外的技术垄断,填补了我国在该领域的技术与装备研发空白,成为又一个依靠自主技术创新与更优产品性能而“走出去”的中国电气设备。
   
据四方股份今日公告称,截至2015年底,该项目技术和装备已在我国13个火电厂41台大型汽轮发电机组以及英国Hunterston核电站和印度KMPCL电厂得到应用,为国内外大型汽轮发电机组次同步谐振/振荡问题的解决,提供了先进的技术方案和成套装备,取得了重大的经济社会效益。

 

以下资料来自“百度百科”

什么是“次同步振荡

次同步振荡是电力系统中的一个专用术语。关于次同步振荡问题的最早讨论始于1937年,但直到1971年,有关轴系扭振的问题皆被忽略。197012月和197110月,美国Mohave电站先后两次因次同步谐振而引起发电机组大轴损坏,其中第二次事故的发生,引发了一股世界范围内对次同步谐振研究的热潮。由直流输电引起的汽轮发电机组的次同步振荡问题,1977年首先在美国SquareButte直流输电工程调试时被发现。后来,在美国的CUIPP,印度的Rihand-Deli,瑞典的Fenno-Skan等高压直流输电工程中,都表明有或可能导致次同步振荡。

次同步振荡原理

交流输电系统中采用串联电容补偿是提高线路输送能力、控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济的方法。但是,串联电容补偿可能会引起电力系统的次同步谐振(SSRSubsynchronousResonance),进而造成汽轮发电机组的轴系损坏。次同步谐振产生的原因和造成的影响可以从三个不同的侧面来加以描述,即异步发电机效应(IGEInductionGeneratorEffect)、机电扭振互作用(TITorsionalInteraction)和暂态力矩放大作用(TATorqueAmplification)。对次同步谐振问题,主要关心的是由扭转应力而造成的轴系损坏。轴系损坏可以由长时间的低幅值扭振积累所致,也可由短时间的高幅值扭振所致。

由直流输电引起的汽轮发电机组的轴系扭振与由串联电容补偿引起的汽轮发电机组的轴系扭振在机理上是不一样的,因为前者并不存在谐振回路,故不再称为次同步谐振(SSR),而称为次同步振荡(SSOSubsynchronousOscillation),使含意更为广泛。

次同步振荡种类

由直流输电引起的次同步振荡

具有定电流(定功率)控制的直流输电系统所输送的功率是与网络频率无关的,因此直流输电系统对汽轮发电机组的频率振荡不起阻尼作用,对汽轮发电机组的次同步振荡也不起阻尼作用。但这本身不足以构成次同步振荡不稳定。

产生不稳定的因素

只有在一系列不利因素同时作用时,才可能产生次同步振荡不稳定。这些不利因素包括:汽轮发电机组与直流输电整流站距离很近;该汽轮发电机组与交流大电网联系薄弱;该汽轮发电机组的额定功率与直流输电输送的额定功率在同一个数量级上。

汽轮发电机组与交流大电网之间联系的强弱(可以用联络线的阻抗来表达)起着非常重要的作用。常规的电力负荷具有随频率而变化的特性,它们对汽轮发电机组的次同步振荡起阻尼作用。但是,当汽轮发电机组与交流大电网弱联系时,这个阻尼基本上就不起作用。此外,当直流输电系统的输送功率大部分由附近的汽轮发电机组供给时,功率振荡就基本上发生在直流输电整流站和附近的汽轮发电机组之间。如果直流输电系统与附近的汽轮发电机组具有相近的额定容量,情况就比较严重。由于定电流调节器的放大倍数随控制角α的增加而增加,因此发生次同步振荡的可能性也就相应增加,故对特殊的运行工况必须特别注意,例如当直流输电系统降压运行时应特别注意。

在逆变站附近的汽轮发电机组不会受到可能与直流输电系统相互作用而造成的危害。因为它们并不向直流输电系统提供任何功率,而只是与逆变站并列运行供电给常规的随频率而变化的负荷。此外,对于逆变站,至少当它以定直流电压控制方式运行时,每当交流电压有增加时就会引起无功功率消耗增加,或者刚好相反,其特性与常规负荷类似。

理论分析和实际经验表明,SSO基本上只涉及大容量汽轮发电机组,这是由大容量汽轮发电机组的轴系结构特点造成的。而对于水轮发电机组,通常不必考虑其轴系扭振问题。


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