機網次同步扭振抑制機理與工程實踐

目錄
劉吉臻院士序
楊昆常務副理事長序
前言
第1章緒論1
1.1大型火電機組軸系次同步扭振問題的由來1
1.1.1串補引發(fā)的次同步諧振問題1
1.1.2直流輸電引起的次同步扭振問題3
1.1.3新能源引起的次同步扭振問題4
1.2大型火電機組軸系次同步扭振問題的基本術語與含義6
1.3大型火電機組軸系次同步扭振的機理分析7
1.3.1串補引起次同步諧振的機理7
1.3.2高壓直流輸電引起火電機組次同步扭振的機理8
1.3.3新能源發(fā)電引發(fā)次同步扭振的機理9
1.4國內典型火電機組軸系次同步扭振問題及特點10
1.4.1國內大型火電基地外送系統(tǒng)的次同步扭振問題10
1.4.2錦界電廠一、二期串補送出系統(tǒng)的次同步扭振問題及特點11
1.4.3呼倫貝爾直流串補外送系統(tǒng)的次同步扭振問題及特點12
1.4.4錫林郭勒特高壓交直流風火聯合外送系統(tǒng)次同步扭振問題及特點12
1.5大型火電機組軸系次同步扭振的危害與抑制技術要求13
1.5.1大型火電機組軸系次同步扭振的危害13
1.5.2大型火電機組軸系次同步扭振的抑制技術要求15
本章主要參考文獻16
第2章機網軸系耦合次同步扭振分析18
2.1機網機電耦合振蕩模型18
2.1.1機組軸系模型18
2.1.2機組電氣模型21
2.1.3電網電氣模型27
2.1.4高壓直流輸電模型34
2.1.5機組與電網機電耦合振蕩完整模型36
2.2機電耦合電磁暫態(tài)數值仿真38
2.2.1時域仿真法原理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復轉矩系數分析42
2.4.1復轉矩系數法原理42
2.4.2算例分析43
2.5頻率掃描44
2.6機組作用系數法45
2.7幾種分析方法的比較46
2.8本章小結46
本章主要參考文獻47
第3章汽輪發(fā)電機組軸系扭振的動力學分析模型與方法48
3.1軸系扭振的集中質量模型分析方法49
3.1.1微元段扭轉振動方程49
3.1.2集中質量模型50
3.1.3任意回轉體轉動慣量的計算方法53
3.1.4規(guī)則圓柱形軸段慣量和剛性系數的求取54
3.2軸系扭振的連續(xù)質量模型分析方法55
3.2.1連續(xù)質量模型55
3.2.2連續(xù)質量模型的?；椒?8
3.3長葉片彎振的分支系統(tǒng)模型64
3.3.1旋轉葉片的彎曲振動方程65
3.3.2長葉片彎振的集中質量模型66
3.3.3長葉片彎振的連續(xù)質量模型69
3.3.4軸系扭振和葉柵彎振的耦合振動71
3.4基于有限元數值模型的軸系耦合振動分析方法73
3.4.1軸系耦合振動有限元分析的基本原理73
3.4.2汽輪機軸系耦合振動的有限元建模方法76
3.5本章小結79
本章主要參考文獻79
第4章汽輪機組軸系扭振的疲勞強度分析理論與方法81
4.1結構疲勞分析的基本理論81
4.1.1疲勞的基本概念81
4.1.2S-N曲線估計86
4.1.3扭振疲勞損傷100
4.2汽輪機組軸系扭振疲勞分析方法100
4.2.1基本原理101
4.2.2方法實施及算例103
4.3本章小結107
本章主要參考文獻107
第5章汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護與扭振特性參數測量方法108
5.1汽輪發(fā)電機組軸系的扭應力限值與設計要求108
5.1.1軸系扭振擾動來源及其影響108
5.1.2軸系扭振疲勞的壽命分配原則109
5.1.3嚴重擾動對軸系影響的分析與處理111
5.2汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護設備及其定值112
5.3汽輪發(fā)電機組軸系扭振固有頻率的測量方法114
5.3.1測量要求115
5.3.2軸系扭振固有頻率的試驗測量方法115
5.3.3其他問題116
5.4汽輪發(fā)電機組軸系扭振機械阻尼系數測量與數據處理方法116
5.4.1軸系扭振模態(tài)阻尼系數的計算方法116
5.4.2汽輪機軸系扭振的電氣阻尼和機械阻尼118
5.5本章小結119
本章主要參考文獻120
第6章汽輪發(fā)電機組軸系暫態(tài)扭矩特性及作用因素分析121
6.1暫態(tài)扭矩放大問題121
6.2影響暫態(tài)扭矩放大的因素123
6.2.1串補投運對發(fā)電機暫態(tài)扭矩的影響123
6.2.2故障位置對發(fā)電機暫態(tài)扭矩的影響123
6.3故障發(fā)生后發(fā)電機暫態(tài)扭矩變化情況124
6.3.1故障后短期線路電流和發(fā)電機暫態(tài)扭矩分析124
6.3.2故障后短期暫態(tài)扭矩與軸系SSR關系分析126
6.3.3基于STATCOM電流調制的SSR抑制裝置輸出電流分析127
6.3.4故障發(fā)生后電流和暫態(tài)扭矩定量分析131
6.4本章小結135
本章主要參考文獻135
第7章次同步扭振抑制方法與比較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電流調制的動態(tài)穩(wěn)定器137
7.2.2基于STATCOM電流調制的動態(tài)穩(wěn)定器137
7.2.3調整汽輪發(fā)電機組軸系參數137
7.2.4附加勵磁阻尼控制器138
7.2.5阻塞濾波器139
7.2.6改變系統(tǒng)運行方式140
7.2.7可控串補141
7.2.8旁路阻尼濾波器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綜合比較143
7.4網側與機端接入抑制方法的對比145
7.5機端接入兩種方式的比較146
7.6本章小結148
本章主要參考文獻148
第8章基于SVC電流調制的動態(tài)穩(wěn)定器149
8.1SVC工作原理及數學模型149
8.2SSR/SSO-DSⅠ抑制SSO的基本原理155
8.2.1抑制機理155
8.2.2阻尼轉矩分析157
8.2.3SSO-DS抑制SSR容量選擇160
8.3SSR/SSO-DSⅠ控制器結構161
8.3.1控制結構161
8.3.2濾波器設計163
8.4控制器參數設計164
8.4.1系統(tǒng)建模164
8.4.2控制器參數設計的基本原則165
8.4.3控制器參數優(yōu)化建模165
8.4.4基于GASA的參數優(yōu)化設計166
8.5算例系統(tǒng)應用與驗證168
8.6本章小結169
本章主要參考文獻169
第9章基于STATCOM電流調制的動態(tài)穩(wěn)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控制器接線方式173
9.2.2抑制原理分析173
9.3SSR/SSO-DSⅡ控制器結構175
9.3.1控制器框架176
9.3.2阻尼分析177
9.4控制器參數設計179
9.4.1控制器參數設計說明179
9.4.2阻尼信號控制回路參數設計說明180
9.4.3控制器參數優(yōu)化建模問題181
9.4.4基于GASA的參數優(yōu)化方法181
9.5算例系統(tǒng)應用與驗證182
9.6本章小結182
本章主要參考文獻182
第10章次同步扭振在線監(jiān)測與分析評估系統(tǒng)184
10.1次同步扭振在線監(jiān)測與分析評估的必要性184
10.2次同步扭振在線監(jiān)測與分析評估系統(tǒng)的構成184
10.2.1在線監(jiān)測與分析評估系統(tǒng)的構成184
10.2.2監(jiān)測系統(tǒng)在實際工程的布局及接線方式184
10.3次同步扭振在線監(jiān)測與分析評估系統(tǒng)的功能187
10.3.1監(jiān)測終端系統(tǒng)的功能187
10.3.2上位監(jiān)測系統(tǒng)的功能188
10.4次同步扭振在線監(jiān)測與分析評估系統(tǒng)工程應用案例191
10.4.1案例1191
10.4.2案例2194
10.5本章小結198
第11章動態(tài)穩(wěn)定器的工程調試技術199
11.1次同步扭振的全數字建模及仿真199
11.2基于RTDS的動態(tài)穩(wěn)定器調試試驗200
11.2.1RTDS試驗平臺構成200
11.2.2全數字與數?；旌蠈Ρ确抡嬖囼?00
11.2.3控制參數優(yōu)化及工況驗證RTDS仿真試驗202
11.2.4RTDS模擬現場調試試驗203
11.3動模試驗203
11.4現場試驗205
11.4.1機組模態(tài)頻率測定試驗205
11.4.2參數有效性驗證試驗206
11.5工程調試案例206
11.6本章小結209
第12章汽輪發(fā)電機組軸系扭振分析的工程實踐210
12.1扭振特性的分析計算與工程測量比較210
12.1.1不同模型計算方法的模態(tài)特性結果213
12.1.2現場實測扭振特性數據與分析214
12.2S-N曲線的類型與選擇220
12.2.1原西屋公司S-N曲線估計方法220
12.2.2某國內制造廠S-N曲線估計方法220
12.2.3直接依據材料手冊查圖表的S-N曲線估算方法221
12.2.4不同方法估算S-N曲線的差異性223
12.3套裝聯軸器的應力集中問題224
12.3.1套裝工藝對聯軸器組件應力分布的影響225
12.3.2旋轉狀態(tài)對聯軸器組件應力分布的影響226
12.3.3扭功率對聯軸器組件應力分布的影響227
12.3.4扭功率與聯軸器組件危險部位應力之間的關系228
12.4扭振抑制的效果比較229
12.5軸系扭振監(jiān)控中的幾個問題231
12.5.1扭振監(jiān)測點的選擇231
12.5.2扭振保護定值與動作策略232
12.6本章小結233
本章主要參考文獻233
第13章串補送出系統(tǒng)機組軸系次同步扭振的解決方案與工程實踐234
13.1錦界電廠一、二期串補送出系統(tǒng)的次同步諧振問題234
13.1.1錦界電廠一、二期次同步扭振問題的特征值分析235
13.1.2錦界電廠一、二期次同步扭振問題的小擾動時域仿真236
13.1.3錦界電廠一、二期次同步扭振問題的大擾動時域仿真238
13.2錦界電廠一、二期SSR抑制措施的選擇240
13.3抑制次同步扭振同型并列機組非機端對稱接入方式241
13.3.1系統(tǒng)接線對阻尼效果影響分析242
13.3.2SSR-DSⅠ控制信號的選取247
13.3.3SSR-DSⅠ移相補償環(huán)節(jié)參數選取250
13.4SSR-DSⅠ的應用251
13.4.1SSR-DSⅠ的次同步諧振抑制作用特征值分析251
13.4.2故障擾動時域仿真驗證254
13.5基于SVC電流調制的錦界電廠次同步扭振抑制工程應用方案256
13.5.1典型系統(tǒng)擾動下SVC抑制SSO的作用257
13.5.2SSR-DSⅠ容量及其對SSO抑制效果262
13.6工程應用效果265
13.7本章小結268
本章主要參考文獻268
第14章多機型多模態(tài)下各機組軸系次同步扭振綜合抑制方案與工程實踐269
14.1多機型多模態(tài)系統(tǒng)269
14.1.1錦