机网次同步扭振抑制机理与工程实践

目录
刘吉臻院士序
杨昆常务副理事长序
前言
第1章绪论1
1.1大型火电机组轴系次同步扭振问题的由来1
1.1.1串补引发的次同步谐振问题1
1.1.2直流输电引起的次同步扭振问题3
1.1.3新能源引起的次同步扭振问题4
1.2大型火电机组轴系次同步扭振问题的基本术语与含义6
1.3大型火电机组轴系次同步扭振的机理分析7
1.3.1串补引起次同步谐振的机理7
1.3.2高压直流输电引起火电机组次同步扭振的机理8
1.3.3新能源发电引发次同步扭振的机理9
1.4国内典型火电机组轴系次同步扭振问题及特点10
1.4.1国内大型火电基地外送系统的次同步扭振问题10
1.4.2锦界电厂一、二期串补送出系统的次同步扭振问题及特点11
1.4.3呼伦贝尔直流串补外送系统的次同步扭振问题及特点12
1.4.4锡林郭勒特高压交直流风火联合外送系统次同步扭振问题及特点12
1.5大型火电机组轴系次同步扭振的危害与抑制技术要求13
1.5.1大型火电机组轴系次同步扭振的危害13
1.5.2大型火电机组轴系次同步扭振的抑制技术要求15
本章主要参考文献16
第2章机网轴系耦合次同步扭振分析18
2.1机网机电耦合振荡模型18
2.1.1机组轴系模型18
2.1.2机组电气模型21
2.1.3电网电气模型27
2.1.4高压直流输电模型34
2.1.5机组与电网机电耦合振荡完整模型36
2.2机电耦合电磁暂态数值仿真38
2.2.1时域仿真法原理38
2.2.2算例分析39
2.3特征值分析40
2.3.1特征值分析法原理40
2.3.2算例分析41
2.4复转矩系数分析42
2.4.1复转矩系数法原理42
2.4.2算例分析43
2.5频率扫描44
2.6机组作用系数法45
2.7几种分析方法的比较46
2.8本章小结46
本章主要参考文献47
第3章汽轮发电机组轴系扭振的动力学分析模型与方法48
3.1轴系扭振的集中质量模型分析方法49
3.1.1微元段扭转振动方程49
3.1.2集中质量模型50
3.1.3任意回转体转动惯量的计算方法53
3.1.4规则圆柱形轴段惯量和刚性系数的求取54
3.2轴系扭振的连续质量模型分析方法55
3.2.1连续质量模型55
3.2.2连续质量模型的模化方法58
3.3长叶片弯振的分支系统模型64
3.3.1旋转叶片的弯曲振动方程65
3.3.2长叶片弯振的集中质量模型66
3.3.3长叶片弯振的连续质量模型69
3.3.4轴系扭振和叶栅弯振的耦合振动71
3.4基于有限元数值模型的轴系耦合振动分析方法73
3.4.1轴系耦合振动有限元分析的基本原理73
3.4.2汽轮机轴系耦合振动的有限元建模方法76
3.5本章小结79
本章主要参考文献79
第4章汽轮机组轴系扭振的疲劳强度分析理论与方法81
4.1结构疲劳分析的基本理论81
4.1.1疲劳的基本概念81
4.1.2S-N曲线估计86
4.1.3扭振疲劳损伤100
4.2汽轮机组轴系扭振疲劳分析方法100
4.2.1基本原理101
4.2.2方法实施及算例103
4.3本章小结107
本章主要参考文献107
第5章汽轮发电机组轴系扭振保护与扭振特性参数测量方法108
5.1汽轮发电机组轴系的扭应力限值与设计要求108
5.1.1轴系扭振扰动来源及其影响108
5.1.2轴系扭振疲劳的寿命分配原则109
5.1.3严重扰动对轴系影响的分析与处理111
5.2汽轮发电机组轴系扭振保护设备及其定值112
5.3汽轮发电机组轴系扭振固有频率的测量方法114
5.3.1测量要求115
5.3.2轴系扭振固有频率的试验测量方法115
5.3.3其他问题116
5.4汽轮发电机组轴系扭振机械阻尼系数测量与数据处理方法116
5.4.1轴系扭振模态阻尼系数的计算方法116
5.4.2汽轮机轴系扭振的电气阻尼和机械阻尼118
5.5本章小结119
本章主要参考文献120
第6章汽轮发电机组轴系暂态扭矩特性及作用因素分析121
6.1暂态扭矩放大问题121
6.2影响暂态扭矩放大的因素123
6.2.1串补投运对发电机暂态扭矩的影响123
6.2.2故障位置对发电机暂态扭矩的影响123
6.3故障发生后发电机暂态扭矩变化情况124
6.3.1故障后短期线路电流和发电机暂态扭矩分析124
6.3.2故障后短期暂态扭矩与轴系SSR关系分析126
6.3.3基于STATCOM电流调制的SSR抑制装置输出电流分析127
6.3.4故障发生后电流和暂态扭矩定量分析131
6.4本章小结135
本章主要参考文献135
第7章次同步扭振抑制方法与比较136
7.1抑制次同步扭振的基本原理136
7.2次同步扭振的抑制方法及其效果136
7.2.1基于SVC电流调制的动态稳定器137
7.2.2基于STATCOM电流调制的动态稳定器137
7.2.3调整汽轮发电机组轴系参数137
7.2.4附加励磁阻尼控制器138
7.2.5阻塞滤波器139
7.2.6改变系统运行方式140
7.2.7可控串补141
7.2.8旁路阻尼滤波器141
7.2.9直流附加次同步阻尼控制器142
7.2.10其他FACTS控制方法142
7.3次同步扭振抑制方法的综合比较143
7.4网侧与机端接入抑制方法的对比145
7.5机端接入两种方式的比较146
7.6本章小结148
本章主要参考文献148
第8章基于SVC电流调制的动态稳定器149
8.1SVC工作原理及数学模型149
8.2SSR/SSO-DSⅠ抑制SSO的基本原理155
8.2.1抑制机理155
8.2.2阻尼转矩分析157
8.2.3SSO-DS抑制SSR容量选择160
8.3SSR/SSO-DSⅠ控制器结构161
8.3.1控制结构161
8.3.2滤波器设计163
8.4控制器参数设计164
8.4.1系统建模164
8.4.2控制器参数设计的基本原则165
8.4.3控制器参数优化建模165
8.4.4基于GASA的参数优化设计166
8.5算例系统应用与验证168
8.6本章小结169
本章主要参考文献169
第9章基于STATCOM电流调制的动态稳定器170
9.1STATCOM的工作原理170
9.2SSR/SSO-DSⅡ抑制SSO的基本原理172
9.2.1控制器接线方式173
9.2.2抑制原理分析173
9.3SSR/SSO-DSⅡ控制器结构175
9.3.1控制器框架176
9.3.2阻尼分析177
9.4控制器参数设计179
9.4.1控制器参数设计说明179
9.4.2阻尼信号控制回路参数设计说明180
9.4.3控制器参数优化建模问题181
9.4.4基于GASA的参数优化方法181
9.5算例系统应用与验证182
9.6本章小结182
本章主要参考文献182
第10章次同步扭振在线监测与分析评估系统184
10.1次同步扭振在线监测与分析评估的必要性184
10.2次同步扭振在线监测与分析评估系统的构成184
10.2.1在线监测与分析评估系统的构成184
10.2.2监测系统在实际工程的布局及接线方式184
10.3次同步扭振在线监测与分析评估系统的功能187
10.3.1监测终端系统的功能187
10.3.2上位监测系统的功能188
10.4次同步扭振在线监测与分析评估系统工程应用案例191
10.4.1案例1191
10.4.2案例2194
10.5本章小结198
第11章动态稳定器的工程调试技术199
11.1次同步扭振的全数字建模及仿真199
11.2基于RTDS的动态稳定器调试试验200
11.2.1RTDS试验平台构成200
11.2.2全数字与数模混合对比仿真试验200
11.2.3控制参数优化及工况验证RTDS仿真试验202
11.2.4RTDS模拟现场调试试验203
11.3动模试验203
11.4现场试验205
11.4.1机组模态频率测定试验205
11.4.2参数有效性验证试验206
11.5工程调试案例206
11.6本章小结209
第12章汽轮发电机组轴系扭振分析的工程实践210
12.1扭振特性的分析计算与工程测量比较210
12.1.1不同模型计算方法的模态特性结果213
12.1.2现场实测扭振特性数据与分析214
12.2S-N曲线的类型与选择220
12.2.1原西屋公司S-N曲线估计方法220
12.2.2某国内制造厂S-N曲线估计方法220
12.2.3直接依据材料手册查图表的S-N曲线估算方法221
12.2.4不同方法估算S-N曲线的差异性223
12.3套装联轴器的应力集中问题224
12.3.1套装工艺对联轴器组件应力分布的影响225
12.3.2旋转状态对联轴器组件应力分布的影响226
12.3.3扭功率对联轴器组件应力分布的影响227
12.3.4扭功率与联轴器组件危险部位应力之间的关系228
12.4扭振抑制的效果比较229
12.5轴系扭振监控中的几个问题231
12.5.1扭振监测点的选择231
12.5.2扭振保护定值与动作策略232
12.6本章小结233
本章主要参考文献233
第13章串补送出系统机组轴系次同步扭振的解决方案与工程实践234
13.1锦界电厂一、二期串补送出系统的次同步谐振问题234
13.1.1锦界电厂一、二期次同步扭振问题的特征值分析235
13.1.2锦界电厂一、二期次同步扭振问题的小扰动时域仿真236
13.1.3锦界电厂一、二期次同步扭振问题的大扰动时域仿真238
13.2锦界电厂一、二期SSR抑制措施的选择240
13.3抑制次同步扭振同型并列机组非机端对称接入方式241
13.3.1系统接线对阻尼效果影响分析242
13.3.2SSR-DSⅠ控制信号的选取247
13.3.3SSR-DSⅠ移相补偿环节参数选取250
13.4SSR-DSⅠ的应用251
13.4.1SSR-DSⅠ的次同步谐振抑制作用特征值分析251
13.4.2故障扰动时域仿真验证254
13.5基于SVC电流调制的锦界电厂次同步扭振抑制工程应用方案256
13.5.1典型系统扰动下SVC抑制SSO的作用257
13.5.2SSR-DSⅠ容量及其对SSO抑制效果262
13.6工程应用效果265
13.7本章小结268
本章主要参考文献268
第14章多机型多模态下各机组轴系次同步扭振综合抑制方案与工程实践269
14.1多机型多模态系统269
14.1.1锦