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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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瞬态扭力矩强调减少TURBINEGENERATOR交直流传动轴的同步

H.Rahman1,B.H.Khan2
  1. 副教授,ee称,工程技术学院,阿里格尔穆斯林大学、印度
  2. 教授,对电火工品的部门,工程技术学院,阿里格尔穆斯林大学、印度

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文摘

本研究探讨线故障的影响,线de-energization和re-energization蒸汽汽轮发电机的瞬态扭转应力(T-G)单位同时交直流传动系统。阻尼瞬态扭转力矩的概念强调兴奋由于利用电力线故障快速可控性和调制直流分量的交直流传动同时也证明。研究同时进行交直流线路系统连接T-G设置为一个大型的交流系统。为了比较交直流输电系统同时被一个等价的传统交流系统和性能评估。研究得出结论,瞬态轴压力的同时交直流线路故障及其后续的切换事件严重大大小于传统AC线路故障和后续的切换。PSCAD / EMTDC软件是用来进行仿真研究。

关键字
PSCAD仿真、SSR、交直流传动,同步瞬态压力扭转力矩。

介绍
串联电容器补偿inAC传动系统是一种经济意味着增加负荷能力,控制平行线之间的负载共享,提高暂态稳定。然而,电容器串联与输电线路可能会引起次同步谐振(SSR)能导致汽轮发电机轴故障和电不稳定振荡频率低于正常的系统频率。顺便说一句,轴损伤也会发生由于疲劳当峰值扭矩超过极限。HVDC系统也被广泛用来提高长途传输网络的功率传输能力以及提高传动系统的稳定性。在直流系统中,逆变器操作在恒定直流电压和整流器工作在恒流相当于恒定直流电源恒功率运行,导致负阻尼。负阻尼的数量成正比的直流电源。转子扭转振动之间的相互作用的大小和直流系统大大增加转炉点火角增加径向线不平行交流链接。积分电流控制器串联谐振子同步频率。加入微分反馈直流电流的电流控制器可以引入significantdamping积分。另一种解决SSR问题是调整变换器滞后角响应控制信号来自发电机转子速度或总线频率(第1、6、11、12)。
以前的作品在参考[2 - 5]演示了一个辅助阻尼控制器(ADC)整流器的直流环节可以改善汽轮发电机系统的模态阻尼,从而允许更高级别的薪酬比率的平行的AC线。但是,这些控制器很难同时稳定电力系统操作在不同的加载条件,因为他们的目的是在一个特定的操作点。本文的作者早些时候[7 - 9]表明,超高压交流线可能被加载到一个非常高的水平通过ac - dcpower同时传输。的基本概念和证据证明的可行性同时交直流输电已报道在这些论文。利用率的提高暂态稳定的内在内置短期直流系统的过载能力和快速调节的直流电源同时交直流线路已经验证了论文中作者早些时候报道[10]。
由于大信号电气干扰及其后续计划内和/或计划外切换事件,theshaft段水轮发电机(T-G)单位与暖通空调/直流系统受到瞬态扭转应力。瞬态现象扭转力矩也称为“转矩放大”。扭转应力诱导轴材料的疲劳,减少轴一生。疲劳现象是一个累积的过程,每个轴段失去了它的一些一生每个扭转振动的结果。引起疲劳的水平取决于施加的振幅扭转应力[1]。
本文的目标是:
(1)调查现象瞬态扭矩的同时基于timedomain交直流传动系统仿真研究。
(2)比较的扭转影响同时交直流输电线路故障及其随后的屏蔽和释放点火脉冲,在所CBs和行开放和重合闸与同等类似条件下故障在暖通空调系统。
本文的组织结构如下;
第二部分描述了控制原理减少和抑制瞬态扭转应力兴奋由于同时交直流输电系统的干扰。两个测试系统,一个传统的交流和一个同时交直流两用,介绍了第三节。第四节报道的结果数字时域仿真研究的测试系统使用PSCAD / EMTDC程序[14]。一般的讨论结果还提供了在第四节。调查得出结论,同时交直流线路故障和随后的HVDC控制施加显著的反应,不太严重的瞬态扭转压力T-G轴段相比暖通空调线断层及其后续的切换事件。

控制原理和策略[10]
在图1显示了基本的网络方案同时交直流流经一个双路交流输电线路。得到的直流电源转换为交流电通过整流12-pulse线的一部分用于常规直流整流桥和中性点注入的曲折的发送端变压器的二次绕组连接。也是再转换传统的交流整流逆变器在接收端。逆变桥是连接到中性的曲折的接收端变压器的绕组连接。每个输电线路曲折的绕组两端之间的连接。双电路传输线进行三相交流和直流电源。
图像
直流环节,在传统的控制,而不提供同步或阻尼效应对交流侧扰动。然而,直流环节的可控性本来就快,这可以用来调节功率流系统阻尼。
图像
的地方,是实际的和额定发电机角度单位速度分别。而右边第一项的方程(1)影响系统的瞬态行为,第二项影响稳态。控制信号(ΔIdc)提供了制动能量发生器以及阻尼系统。
图像

描述系统的研究
网络图1中描述的详细研究了使用PSCAD / EMTDC。T-G组2220伏安,24 kv,权力无限交付通过双路交流输电线路公交车。T-G集相当于三个740伏安,24 kv T-G设置并行连接的和等于加载条件下,因此他们可以表示为一个等效T-G集。图3显示了轴系的等效T-G集。轴系统是由一个高压涡轮(HP),一个中间压力(IP)涡轮,两个低压(LPA, LPB)涡轮机、发电机转子(G)和交流电机励磁机(EXC)。发电机电气系统反映在公园的d-q-o框架及其机械系统由mass-spring-dashpot表示系统。调速器系统的动力学T-G集是被忽视的。提供的机械动力涡轮假定保持不变的稳态操作条件。动力学T-G集包括励磁系统的仿真模型。线被认为是一个三相400 KV, 50赫兹,转化为同步交流直流输电线路450公里[9]。每个断路器(CB)被认为是理想的开关。
输电线路被表示为频率(相位)模型的依赖。频率依赖(阶段)模型基本上是一个分布RLC行波模型,它包含所有参数对频率的依赖关系。直流转换器两端的链接被建模为两个单位线转换six-pulse桥到十二脉输出。CIGRE基准(13 - 14日)修改以适应直流电压和电流在目前情况下已经采用了转换器的控制。这些包括恒流(CC)和常数消光角(CEA)和电压依赖电流限制器(VDCOL)。从交流转换器提供总线通过等号左边和Y -变换器变压器。每个桥是一个紧凑的PSCAD表示直流转换器,其中包括一个建于6-pulse Graetz变换器桥(可以是逆变器或整流器),一个内部锁相振荡器(PLO),发射和阀门阻塞控制和点火角()/消光角()测量。它还包括为每个晶闸管建在RC缓冲电路。AC的过滤器两端AC变换器变压器连接到过滤掉11和13次谐波。这些过滤器和并联电容器的无功功率需求转换器。
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瞬态模拟
进行时域仿真研究来验证方案的有效性在PSCAD / EMTDC环境。为了比较,仿真研究是重复同样的与传统的串联电容器补偿暖通空调系统。对于这两种情况下,真正的权力交接通过输电线路保持一样。最初,两个方案,即同时交直流和传统暖通空调在稳态操作条件。操作条件的细节在附件中提到的。已经通过模拟研究,证实,同时提出交直流传动系统控制策略的直流调制有效抑制系统振荡瞬态扭转力矩。

答:传统的交流输电和串联补偿
实用系列电容补偿通常不会超过75%的原因,包括负载平衡与平行路径,高故障电流和功率流控制的可能的困难。主要关注在系统次同步谐振,赔偿仅限于30% [4]。
比较研究的目的,同样的网络图1中所示降低传统暖通空调通过删除和替换曲折的变压器直流部分Δ-Y变压器和补偿。暖通空调系统运行的稳定状态和交付相同的实权的接收端同步的交直流系统。图4中的仪表读数描述稳态pre暖通空调系统的故障情况和串联电容器补偿的30%。
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案例(A1):发送端附近的断层
发电机提供0.9427 p .美国pre-fault接收端。在时间t = 0.5秒固体三相接地故障发生在发送端附近。检测到故障,经过一段时间的四个周期(80毫秒),同时给出信号去断路器故障线路的两端B1and B2清除故障。此后,CBs的拖延之后,成功把镐五个周期(100毫秒)的即时结算的错。总扰动持续时间180毫秒。
图5显示了瞬时扭转力矩响应当空调30%的补偿系统受到固体三相接地故障在发送端附近的线路之一。
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类似的故障条件相同的事件序列是为纯空调线串联补偿的50%。pre-fault功率被认为是相同的一样,上述情况下米读图7所示。
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图7显示了瞬时扭转力矩响应对于这种情况。
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案例(A2):接收端附近的断层
现在考虑一个类似的固体三相接地故障发生相同的事件顺序接收端附近的50%补偿。
各种瞬态扭力矩响应这个故障状态图8所示。
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b .交直流同时传输
超高压交流的细节线转换为同时交直流附录中给出。
仿真研究进行下列情形:q

案例(B1):发送端附近的断层
最初,同声交直流系统被认为是在稳态操作,给出了不同变量的仪表读数Fig.9。
图像
发电机提供0.95 p .美国pre-fault接收端。在时间t = 0.5秒发送端附近的固体三相接地故障发生F1如图1所示。断层是紧随其后的是阻塞的发射脉冲转换器和激活在所旁路阀门。经过一段时间的四个周期(80毫秒),同时给出信号去断路器故障线路的两端B1and B2清除故障。接下来,脉冲在所公布。此后,CBs的拖延之后,镐五个周期(100毫秒)的即时结算的错。图10显示了发电机的瞬态扭力矩响应此错误条件。
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案例(B2):接收端附近的断层
现在考虑一个类似的固体三相接地故障具有相同的事件序列的接收端F3线附近(附近逆变器)。各种瞬态扭力矩响应这个故障状态图11所示。
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讨论
比较反应在图10和图11的情况下发送端和接收端故障主要观察:
速度偏差的大小几乎相同在两种情况下,但是速度偏差恢复更快的故障在接收端。
的即时故障发电机输出功率受到更高的峰值瞬时发送端错。
瞬态扭力矩振幅像小一些较发送端故障。
断层的间隙实权振荡后几乎相同的高峰值对故障位置。
直流电压和电流的反应表明没有换向失败的错误条件。
这样的整体比较仿真结果图10和图11显示,断层sendingend激发的瞬态扭力矩几乎相同的振幅,在接收端。
一行等其他类型的故障,双行,双行和三相故障也研究了在发送和接收端附近。在上述情况下,暂态扭力矩在期间发现阻尼,小于上述固体三相接地故障。
同声交直流系统之间的比较结果和常规空调系统的串联补偿系统相似的性质和故障显示时间:
发电机转速偏差的大小同时交直流系统的更多。然而,这个速度偏差降低到零同声交直流系统的速度。
在初始故障,发电机实权超调较大的纯交流系统。随后的实权振荡级以及持续时间更长在纯交流系统。虽然这些振荡衰减的同声交直流系统快得多。
比较图10和图11显示,当同时交直流线路faultoccurs在接收端,的最大震级shafttransient扭矩小。然而,差异是无关紧要的。相反,比较无花果。7和8显示,当ac线路故障的位置是在发送端,最大的压力是对轴segmentsare高出许多,当故障发生在接收端。传统的交流系统成为振荡的出现断层。
传统空调线路故障和同时交直流线路故障初始激发瞬间扭转力矩T-G集。振幅的振荡由于传统ac线路故障明显高于那些由于复合交直流线路故障。
暖通空调线路故障清除和复合交直流线路de-energization通过阻断发射脉冲和开放在所CBs没有明显放大振幅的影响轴瞬态扭矩由故障这个硕果。
成功的自动接入交流线结果dramaticincrease振幅的轴扭矩。thecontrary,同时行re-energizationby释放发射脉冲交直流随后在所CBs自动接入相对smallimpact振幅的轴扭矩。

结论
一个新颖的方法来减少和抑制暂态扭力矩振幅的T-G bysimultaneous交直流输电已被提出。详细研究进行了在PSCAD / EMTDC环境来验证该方案。它已经证明了瞬态压力的扭转力矩T-G设置可以有效地阻尼bysimultaneous交直流输电与快速直流功率调制。
为目的的研究中,最糟糕的位置错误(即在发送端附近,靠近逆变器)和负载很高行(即接近热限制)。已经证明,有效控制的直流分量同时交直流输电大大减少和抑制暂态扭转力矩的振幅T-G集。轴瞬态压力由于电机复合交直流线路故障,故障清除和autoreclosure明显不太严重的类似条件下比常规空调系统。系统在调查中,轴瞬态压力由于同时交直流线路故障及其随后的开关过程不够严重减少轴一生。

附录
图像

引用
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