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次同步谐振历史回顾

2022/07/16300 作者:佚名
导读:20世纪30年代,人们就认识到同步发电机和电动机对于电网中电抗与串补电容导致的次同步频率电流呈感应发电机(induction generator,IG)特性,进而导致电气振荡或自励磁(self-excitation,SE)。但是,1970年以前只是将发电机轴系看成一个单质块刚体,没有意识到机械扭振模式的参与。直到1970年底和1971年美国Mohave电厂先后发生2次大轴损坏事件,人们才认识到串补

20世纪30年代,人们就认识到同步发电机和电动机对于电网中电抗与串补电容导致的次同步频率电流呈感应发电机(induction generator,IG)特性,进而导致电气振荡或自励磁(self-excitation,SE)。但是,1970年以前只是将发电机轴系看成一个单质块刚体,没有意识到机械扭振模式的参与。直到1970年底和1971年美国Mohave电厂先后发生2次大轴损坏事件,人们才认识到串补电网与汽轮机组机械系统之间相互作用可能导致扭振机械谐振(torsional mechanical resonance)的风险。

1974年,IEEE电力系统工程委员会的动态系统性能工作组成立了一个专门的工作小组来推动对SSR现象的认识,它在1976年首次公开发布了第1份IEEE 委员会报告,并在1979年对该报告进行了第一次文献补充,将SSR的形态划分为感应电机效应(induction machine effect,IME)和扭振(torsional oscillation,TO)。此后每隔6年出版一次文献补遗,总结相关理论、分析方法与控制手段的最新进展。1977—1980年间,美国西部电网的Navajo电厂、San Juan电厂相继出现SSR问题,以此为契机,学术界对SSR/SSO 开展了大量的理论与实证研究。1980年,IEEE委员会在其报告中明确了SSR、SE(包括IGE/IME 和TI)和STA(shafttorque amplification)等术语定义。

在发现串补电容导致SSR的同时,加拿大Lambton 电厂发现电力系统稳定器(power systemstabilizer,PPS)会恶化低阶扭振模态的阻尼,进而导致扭振。1977年10月,在美国Square ButteHVDC系统调试中发现直流换流站与相邻汽轮发电机组的低阶扭振模态相互作用,导致HVDC-TI现象。针对这些新情况,IEEE委员在1985年增加了“装置型次同步振荡(device dependent SSO)”的分类,将直流换流器、静止无功补偿器(static var compensator,SVC)、PSS、变速驱动以及其他宽频电力控制设备与邻近的汽轮机组之间相互作用引发的次同步振荡(SSO)归为这一类别,并针对HVDC、PSS这一类控制参与的次同步振荡问题首次提出了控制相互作用(control interaction,CI)的概念;而SSR 仍然限于汽轮机组与串补输电系统的相互作用。

1991年第3次文献补充[中提到极长、高并联电容补偿线路也可能引发低阶TI,并针对HVDC引发的TI提出了次同步扭振互作用(subsynchronous torsional interaction,SSTI)的概念。

1992年,IEEE SSR工作组对SSR/SSO进行了概括性分类:将SSR 限定为串补电容与汽轮发电机的相互作用,包括IGE、TI、TA 共3 类;SSO是指汽轮发电机与系统其他设备(PSS、SVC、HVDC、电液调速、变速驱动变换器等)之间相互作用引发的次同步振荡。轴系扭振同样存在于异步电机、柴油机组、同步电动机中。接入串补电网的水轮机组也会出现IGE现象,并可能因故障导致高幅暂态扭矩。

20世纪末,在美国等西方国家,汽轮机组扭振相关的SSR/SSO 理论与实践已逐渐成熟,且新增火电机组和串补装置减少,SSR/SSO问题不再突出,相关研究减少。而21世纪以来,中国、印度、巴西等国家的串补和直流工程增多,导致SSR/SSO问题突出,进而启动了新一轮的理论和实践工作,并取得了大量新的成果。同时,新型发、输电技术,如可再生能源发电和柔性交直流输电技术的快速发展,带来新的SSR/SSO问题,并引起学术界和工程界的广泛关注 。

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