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1、华中科技大学 硕士学位论文 应用SVC抑制次同步谐振的仿真研究 姓名：魏宏 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：程时杰 20090527 华中科技大学硕士学位论文 I 摘 要 串联电容补偿技术是提高远距离交流输电系统传输容量、改善系统稳定性的一项 非常经济而有效的措施。 随着“ 西电东送” 战略的深度实施， 大容量汽轮机- 发电机机组、 高串补度的点对网送电成为我国一种普遍的输电模式。然而，这种输电模式容易引发 对发电机轴系造成损害的次同步谐振（S S R ）问题。有可能造成发电机组轴系扭振甚 至破坏，从而危及电力系统安全运行。因此，对串补送出系统SSR问题的研究具有重 大
2、的现实意义和工程应用价值。 结合某实际串补送出系统的次同步谐振（S S R ）问题实际，本文主要采用了基于 PSCAD/EMTDC 的时域仿真方法建立该系统的电磁暂态仿真平台。在此基础上， 通过 计算各种工况和扰动冲击下轴系的暂态扭矩对该系统机组和电气系统发生 SSR 的可 能性进行了分析，研究了该系统的电气和综合阻尼特性。并以三种开机方式为例，按 照典型系统扰动方式，通过轴系机械阻尼、静止无功补偿器（SVC）容量等条件的改 变，分别计算分析了该系统的 SSO 问题及电磁暂态转矩。最后，利用特征值方法对该 系统及 SVC 进行了理论分析，探讨了 SVC 控制器参数、加装电压调节器以及采用模 态
3、分离方法对 SVC 抑制 SSR效果的影响。 关键词： 串联电容补偿，次同步谐振，轴系扭振，时域仿真法，PSCAD/EMTDC， 静止无功补偿器 华中科技大学硕士学位论文 II Abstract Series capacitor compensation technology is a very economic and effective measure to improve transmission capacity and the system stability of the long- distance AC transmission systems. With the extend
4、ed implementation of West- East Power Ttransmission Project in China, Point- to- grid transmission, with high- capacity steam turbine and generator units, relatively high compensation level of series capacitor, becomes a common mode. However, this kind of transmission mode is prone to lead to the su
5、b- synchronous resonance (SSR) problem caused by the generator shaft damage, which may cause generator shaft torsional vibration and even destruction, thereby endanger the safe operation of power systems. Therefore, the SSR of the system research is of great practical significance and value of engin
6、eering applications. Considering the reality of a practical system with sub- synchronous resonance (SSR) problem, this article establishes the electromagnetic transient simulation platform of the system mainly based on PSCAD/EMTDC time domain simulation method. On this basis, by calculating the tran
7、sient shaft torque of the system under a variety of working conditions and the impact of disturbances, analyse the possibility of SSR of the electrical system, study the electrical system and integrated damping characteristics. And taking three typical working conditions for example, according to th
8、e typical perturbation methods, and change of the shaft mechanical damping, capacity of Static Var Compensator (SVC), etc, respectively, calculate and analyse the SSO problem and the electromagnetic transient torques of the system. Finally, using the system eigenvalues method, theoretically analyse
9、the system with or without SVC. And this article also has considered other methods, just as the parameters of SVC controller, the installation of voltage regulators and the use of modal separation method, for the SVC inhibit effect of SSR. Keywords: series capacitor compensation，subsynchronous reson
10、ance， torsional oscillation，time- domain simulation method，PSCAD/EMTDC， static var compensator 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文
11、的规定， 即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 绪 论 1.1 引言 在我国，随着“ 西电东送” 战略的实施和市场化运作的大区互联大电网的逐步形 成，我国电力系统已进入大机组、超高压、超大规模、远距离、交直流混合输电的时 代1。我国
12、煤炭火电基地和负荷中心之间自然地形成了点对网输电模式2，输电能力 的“瓶颈”是暂态稳定极限，普遍采用的经济实用对策是固定串补3, 4，串补度多在 30%50%范围。然而，这种输电模式容易引发对发电机主轴造成损害的SSR问题。有 可能引发严重的次同步谐振问题，造成发电机组轴系扭振甚至破坏，从而危及电力系 统安全运行。因此，对串补送出系统次同步谐振问题的研究具有重大的现实意义和工 程实用价值。 1.2 研究背景 我国能源资源分布的特点和用电负荷状况决定了我国电力“西电东送”的基本格 局与发展战略。我国的能源分布特点是“富煤、缺油、少气”5。我国已探明的煤炭 保有储量为原煤约 1 万亿吨。但煤炭资源
13、地理分布极为不均，呈现“北多南少” 、 “西 多东少”的分布特点，与我国区域经济发展水平和消费水平很不一致。我国西部十省 市人口约为全国的 23%，而国土面积为全国的 55，水力资源的理论储量和可开发量 分别为全国的 82%和 72%，主要集中在西南数省，煤炭保有储量为全国的 39%，主要 集中在山西、陕西和内蒙西部的“三西地区” ，而这些地区国内生产总值仅为全国的 15%6。根据有关规划，预计到 2020 年我国电力消费主要集中在中东部及沿海地区， 约占电力总负荷的 3/4，且电力需求迅猛增长。也就是说，能源基地与中心用电负荷 之间距离大多在 5002000km。因此远距离、大容量输电势在必
14、行。 “西电东送、全国联网”是我国电网发展的必然趋势，大规模、远距离输电是我 国电网发展的必然特点。我国“西电东送”始于20世纪70年代后期大型水电站和坑口 华中科技大学硕士学位论文 2 火电站的电力外送，80年代末和90年代初，我国“西电东送”的北、中、南三个通道 已经初具雏形。 “西电东送”初步显示出了其优越性，在较大范围内实现了资源优化 配置，扩大和优化了电网结构，缓解了东部地区如广东、京津唐等的电力紧张局面， 减轻了东部地区环境压力等，同时水火电站的开发建设也促进了西部地区的电力和经 济的发展。随着系统用电负荷的迅速增涨、电力市场开放的发展和电站建设的高速发 展， “西电东送”格局渐次
15、形成，我国电网的输电距离不断加长，输送容量也不断增 大，预计到2020年，我国“西电东送”的总规模约为110GW左右，北部通道、中部通 道各40GW左右，南部通道30GW左右6。 我国输电线路的输送能力主要取决于线路的稳定极限，受暂态稳定极限限制。国 家电网公司系统有约40个电厂送出系统受阻，如我国内蒙古的托克托7、上都电厂8， 陕西的锦界电厂，东北的伊敏电厂9等，此外华东约有10余家电厂会在汛期出现电厂 送出受阻情况，总计受阻容量约945万千瓦。在我国，500kV长距离输电线路输送能力 在60万100万千瓦，与国外相比有40万80万千瓦的差距，短期内难以完全消除，而 这些差距成为送电能力提升
16、的掣肘。与发达国家相比，目前我国的电网线路输送能力 明显偏低， 电网运行中存在主要问题是输送容量较低， 不能适应快速增长的电力需求。 我国电力需求持续、快速增长，土地资源紧张，电网稳定问题突出，电网建设投 资巨大，急需对环境友好，适合我国大容量、远距离输电、超高压输电特点，经济高 效、建设周期短的交流输电技术。考虑到我国火电基地普遍采用点对网输电模式，对 于其长距离输电线，其输电能力主要取决于线路的稳定极限，而串补输电技术就是解 决这一突出问题的重要方案，采用串补（可控串补）后可使系统稳定极限大幅度提高 从而提高线路的输电能力。为了满足对远距离、大容量高压输电系统输送能力和可靠 性的要求，突破输电线路受稳定极限的限制，根据 电力系统安全稳定导则 的要求， 就必须缩短输电系统的电气距离。而减少电气距离最经济可靠的措施是安装固定串联 补偿电容装置10。 1.3 串补技术概述 串联补偿技术是一项十分成熟的技术，在电力系统已有 70 多年的应用历史5。为 华
