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第1章 概述1

1.1 次同步谐振的基本概念1

1.2 次同步谐振的机理与形态3

1.2.1 感应发电机效应4

1.2.2 扭振互作用5

1.2.3 暂态扭矩放大6

1.2.4 多形态与多模式次同步谐振6

1.3 次同步谐振研究的简要回顾7

1.4 次同步谐振的危害9

1.5 我国电网次同步谐振问题及其特征11

1.6 本书的特色与重点14

参考文献15

第2章 次同步谐振分析的模型与参数17

2.1 模型构成与建模概述17

2.2 汽轮发电机组20

2.2.1 整体构成20

2.2.2 同步发电机21

2.2.3 励磁系统26

2.2.4 轴系机械系统29

2.2.5 原动机及其调速系统39

2.3 串联补偿电容器41

2.3.1 构成41

2.3.2 线性模型42

2.3.3 非线性时域仿真模型43

2.4 交流电力网络44

2.4.1 交流输电线路44

2.4.2 并联电抗器45

2.4.3 其他电网元件46

2.4.4 交流电网的通用模型46

2.4.5 保护一二次设备47

2.5 其他设备48

2.6 机网接口48

2.7 建模中一些需要关注的问题51

2.7.1 同母线多台并联机组的等值处理51

2.7.2 复杂大电网的等值与简化52

参考文献55

第3章 次同步谐振的多维定量分析56

3.1 次同步谐振问题的多维度性56

3.2 多维定量分析的基本框架与方法概述57

3.2.1 已有分析方法概述57

3.2.2 多维定量分析方法的框架与指标体系67

3.2.3 模式阻尼及其表达方法68

3.3 多机多模式SSR的特征值分析69

3.3.1 分析流程69

3.3.2 小范围线性化建模70

3.3.3 SSR模式特征值提取79

3.3.4 SSR特征值分析示例81

3.4 SSR模式阻尼的量化计算88

3.4.1 串联电容补偿输电系统的通用性等值模型88

3.4.2 基于阻抗频率扫描和最小二乘参数拟合的串联电容补偿输电网络等值88

3.4.3 模式阻尼的推导90

3.4.4 模式阻尼量化计算的算例验证与比较94

3.4.5 量化计算方法小结与适用性分析98

3.5 多机多模式SSR的时域仿真分析99

参考文献102

第4章 次同步谐振的主要影响因素分析103

4.1 影响SSR特性的主要因素概述103

4.2 串联补偿电容和线路阻抗参数对SSR特性的影响104

4.2.1 串补度104

4.2.2 串联补偿电容的保护方式与保护电压水平107

4.2.3 串联补偿电容的结构110

4.2.4 电网的线路阻抗111

4.3 机组轴系参数对SSR特性的影响111

4.3.1 机组轴系扭振模式的频率111

4.3.2 扭振模式的机械阻尼113

4.3.3 扭振模式的振型113

4.3.4 机组轴系的材料、结构和尺寸114

4.4 同步发电机参数及其控制系统对SSR特性的影响114

4.4.1 同步发电机参数114

4.4.2 同步发电机控制系统119

4.5 多机系统的机组组合与电网运行方式对SSR特性的影响120

4.5.1 机组组合方式120

4.5.2 电网运行方式122

4.6 扰动或故障形态和参数对SSR特性的影响123

4.7 FACTS控制器对SSR特性影响的概述129

参考文献132

第5章 次同步谐振控制方法概述133

5.1 SSR控制的目标133

5.2 SSR控制的基本原理134

5.3 SSR防控方法概述136

5.3.1 机组制造阶段通过适当设计机组轴系参数避免或降低SSR风险136

5.3.2 调整同步发电机的参数137

5.3.3 调整电网结构和参数138

5.3.4 协调机网运行138

5.3.5 无源滤波器139

5.3.6 SSR保护措施140

5.3.7 附加励磁阻尼控制140

5.3.8 优化设计串联电容的MOV和/或间隙来降低故障引起的冲击扭矩140

5.3.9 电力电子控制器或FACTS设备141

5.3.10 其他方法148

5.4 各种方法对防控SSR的作用148

5.5 国内外解决SSR问题的工程应用概述150

5.5.1 国外的SSR防控工程150

5.5.2 国内的SSR防控工程151

5.6 防控SSR的经验与建议151

5.6.1 机网或厂网协调防控SSR的原则与思路152

5.6.2 机网协调规划以降低SSR风险154

5.6.3 量化评估以定位SSR风险155

5.6.4 机网协调的SSR防控体系156

5.6.5 SSR防控方案的技术经济比较158

5.7 本书重点关注的SSR控制与保护方法160

参考文献160

第6章 次同步谐振的附加励磁阻尼控制（SEDC）162

6.1 SEDC原理与应用概述162

6.1.1 基本原理162

6.1.2 关键技术163

6.1.3 研发与应用历程回顾166

6.2 多模式SEDC及其优化设计168

6.2.1 多模式SSR阻尼控制思路与基本结构168

6.2.2 反馈信号选择169

6.2.3 前置信号处理173

6.2.4 模式滤波器的设计174

6.2.5 比例-移相式控制规律176

6.2.6 输出限幅177

6.2.7 控制规律及其参数的优化设计问题178

6.3 SEDC控制效果分析181

6.3.1 采用特征值方法验证SEDC提高模式阻尼和镇定SSR的效果182

6.3.2 采用时域仿真方法验证SEDC抑制SSR和改善其暂态特性的效果184

6.4 SEDC与励磁系统的配合192

6.4.1 励磁系统整流控制方式对SEDC控制信号通过性的影响分析192

6.4.2 SEDC对励磁系统主要常规功能的影响分析194

6.5 SEDC工业装置200

6.5.1 SEDC装置的硬件结构201

6.5.2 SEDC装置的软件开发202

6.5.3 SEDC工业装置的外观202

6.5.4 SEDC工业装置的功能特点204

6.6 SEDC提高扭振模式阻尼的激励与抑制试验204

6.6.1 试验原理204

6.6.2 试验环境205

6.6.3 主要试验内容及其结果205

6.6.4 试验小结208

6.7 SEDC的限制条件209

6.8 SEDC在国内的应用211

参考文献211

第7章 基于晶闸管控制电抗器的次同步谐振阻尼控制（TCR-SSDC）213

7.1 应用SVC抑制SSR的研发历程回顾213

7.2 基于基波导纳次同步频率调制的TCR-SSDC控制方法215

7.2.1 TCR的模型分析和次同步控制机理215

7.2.2 工频电纳次同步频率调制的时域仿真分析218

7.2.3 工频电纳次同步调制的设备试验220

7.2.4 多模式TCR-SSDC基本结构222

7.3 TCR/SVC及其多模式SSDC的优化设计223

7.3.1 锦界串联电容补偿输电系统及其SSR问题分析223

7.3.2 TCR/SVC的接入电路结构226

7.3.3 SVC容量设计226

7.3.4 SSDC的优化设计227

7.4 SVC-SSDC的控制效果分析231

7.4.1 小扰动情况的特征值分析验证231

7.4.2 仿真分析验证232

7.5 SVC-SSDC对机网系统的影响236

7.5.1 对系统电压的影响236

7.5.2 谐波影响238

参考文献240

第8章 基于遗传-模拟退火算法的次同步谐振控制参数优化设计242

8.1 次同步谐振控制参数设计概述242

8.1.1 设计目标242

8.1.2 控制系统参数的一般设计流程244

8.1.3 基于近似线性系统模型的约束优化设计问题246

8.2 基于遗传-模拟退火算法的参数优化方法248

8.2.1 遗传-模拟退火算法简介248

8.2.2 遗传-模拟退火算法流程249

8.2.3 遗传-模拟退火算法的实现与应用253

8.3 基于遗传-模拟退火算法的SEDC比例-移相参数设计253

8.4 基于遗传-模拟退火算法的SVC-SSDC比例-移相参数设计254

参考文献255

第9章 阻塞滤波器257

9.1 应用无源滤波器防范SSR的研发概述257

9.1.1 串联型（阻塞）滤波器258

9.1.2 并联型滤波器259

9.1.3 旁路型滤波器259

9.1.4 应用情况260

9.2 托克托SSR防治工程概述261

9.2.1 托克托电厂及其串联电容补偿输电系统261

9.2.2 串联电容补偿引发的SSR问题261

9.2.3 BF方案及其问题261

9.2.4 改进BF方案及其实施262

9.3 串联电容补偿引发的SSR风险分析263

9.3.1 系统分析的评价方式263

9.3.2 特征值分析264

9.3.3 模式阻尼的参数灵敏度分析265

9.3.4 时域仿真分析277

9.3.5 风险分析小结277

9.4 BF及其引发IGE-SSR的分析277

9.4.1 电路结构与参数277

9.4.2 BF投运引发的自激现象279

9.4.3 BF电路的阻抗-频率特性280

9.4.4 特征值分析282

9.4.5 时域仿真分析284

9.4.6 BF引发IGE-SSR的分析小结285

9.5 BF的优化修正设计285

9.5.1 BF可修正的参数分析285

9.5.2 BF可能的修正方案及其对比分析286

9.5.3 BF电抗支路品质因数TI和IGE模式阻尼的影响分析287

9.5.4 BF增补电阻的参数优化设计288

9.5.5 修正BF的控制效果分析289

9.6 修正BF的现场试验292

9.7 托克托电厂BF的工程应用及经验小结295

参考文献297

第10章 基于电力电子变流器的次同步阻尼控制方法298

10.1 技术发展趋势和实际工程背景298

10.2 GTSDC的原理与构成300

10.2.1 基本原理300

10.2.2 GTSDC的构成301

10.2.3 MSDC的构成301

10.2.4 CTI的构成302

10.2.5 GTSDC的技术、经济特点304

10.2.6 GTSDC与常规STATCOM和有源滤波器的联系304

10.2.7 GTSDC的关键技术305

10.3 多模式次同步阻尼控制器（MSDC）307

10.3.1 MSDC的控制策略307

10.3.2 模式滤波器设计307

10.3.3 增益和相位补偿的设计309

10.3.4 补偿电流计算器310

10.4 CTI及其控制系统311

10.4.1 主电路结构311

10.4.2 CTI主要参数的设计313

10.4.3 CTI的控制316

10.5 GTSDC的模型分析319

10.5.1 建模方法319

10.5.2 详细电路模型和可控电流源简化模型320

10.5.3 近似线性化模型323

10.6 GTSDC提供的电气阻尼分析323

10.6.1 实际注入机组电流324

10.6.2 电气阻尼系数的推导325

10.6.3 相位补偿设计原则326

10.7 装置研发327

10.8 上都电厂6号机组GTSDC的试验分析329

10.8.1 试验工况与主要试验项目329

10.8.2 GTSDC控制参数的现场整定330

10.8.3 信号注入激励及提高模式阻尼的测试331

10.8.4 GTSDC抑制持续激励扭振的试验335

10.8.5 试验结论339

10.9 GTSDC对机网系统的影响分析340

参考文献340

第11章 次同步谐振的保护342

11.1 次同步谐振保护的研究与应用情况概述342

11.2 电厂侧次同步谐振协调保护系统344

11.2.1 体系结构344

11.2.2 机组层次的TSR344

11.2.3 电厂层次的协调机制348

11.2.4 跳闸逻辑及其定值小结349

11.2.5 保护系统的特点小结350

11.3 疲劳寿命损失的在线估计方法351

11.3.1 相关基本概念351

11.3.2 方法概述352

11.3.3 轴系机械扭矩的在线辨识354

11.3.4 FLoL的在线计算365

11.4 工程应用381

11.4.1 保护定值设置381

11.4.2 一次短路故障的保护响应过程及其分析382

11.4.3 保护动作过程分析382

参考文献384

第12章 次同步谐振的测试386

12.1 测试技术概述386

12.2 次同步谐振/扭振的可控激励387

12.2.1 基本概念与方法综述387

12.2.2 附加励磁信号注入激励390

12.2.3 定子侧电流注入激励395

12.2.4 电网侧操作/扰动激励398

12.3 机组轴系扭振参数的测试与辨识399

12.3.1 已有方法小结399

12.3.2 基于SESI激励的扭振模式频率/阻尼测辨原理400

12.3.3 测辨流程401

12.3.4 模式频率的精确定位402

12.3.5 基于改进DFT算法的模式频率和模式阻尼辨识403

12.3.6 从总模式阻尼中分离出机械模式阻尼405

12.3.7 测辨方法在上都电厂的应用405

12.3.8 测辨方法小结408

12.4 次同步谐振特性验证与模型校核试验409

12.4.1 模型分析与现场试验相结合的必要性和重要性409

12.4.2 特性验证与模型校核试验的一般流程410

12.4.3 实例之一——托克托电厂411

12.4.4 实例之二——上都电厂412

12.5 控制系统的开环测辨、参数核定与验证试验417

12.5.1 开环测辨418

12.5.2 控制系统参数核定419

12.5.3 控制系统的机网（串联电容补偿）联合验证试验420

参考文献422

第13章 工程案例——上都串联电容补偿输电系统424

13.1 上都串联电容补偿输电系统及其SSR问题的演变424

13.2 工程研发的一般流程425

13.3 二期工程的SSR分析与控制427

13.3.1 SSR问题的分析427

13.3.2 防控方案选择428

13.3.3 机网联合试验429

13.3.4 短路故障激发轴系扭振的录波数据分析437

13.3.5 二期工程SSR防控项目的效益437

13.4 三期工程的SSR分析与控制438

13.4.1 系统演变对SSR问题的影响分析438

13.4.2 增强的防控方案设计441

13.4.3 机网联合试验443

13.5 工程经验与展望448

附录A 上都串联电容补偿输电系统（二期工程）的模型与参数451

A.1 系统简介451

A.2 等值系统451

A.3 发变组模型与参数452

A.4 汽轮发电机轴系模型与参数453

A.5 励磁系统模型与参数455

A.6 汽轮机及其控制系统的模型与参数458

A.7 上都-承德线串联补偿电容的主要技术参数461

A.8 SEDC参数462

参考文献462

附录B 上都串联电容补偿输电系统（三期工程）的模型与参数463

B.1 系统简介463

B.2 等值系统463

B.3 三期发变组模型与参数464

B.4 汽轮发电机轴系模型与参数465

B.5 SEDC参数467

B.6 其他参数467

附录C 伊敏电厂3号机轴系模型与参数468

附录D 锦界串联电容补偿输电系统（二期工程）的模型与参数470

D.1 系统简介470

D.2 锦界电厂二期工程的等值系统470

D.3 发变组模型与参数472

D.4 汽轮发电机轴系模型与参数474

D.5 励磁系统模型与参数476

附录E 托克托串联电容补偿输电系统的模型与参数478

E.1 等值电网478

E.2 发变组模型参数480

E.3 汽轮发电机轴系模型与参数484

E.4 励磁系统模型与参数486

E.5 BF参数488

E.6 串联补偿电容装置的部分技术参数490