多机系统多模式次同步谐振的非线性分岔分析与控制

随着串联补偿电容在输电系统中的广泛应用，多模式次同步谐振（SSR）已成为我国电网和机组安全稳定运行的现实威胁和制约大容量远距离输电的瓶颈问题。传统的线性理论难以精准地阐述其非线性本质，而非线性分岔理论提供一种全新的思路，并在单机单一不稳定模式SSR分析中初露锋芒。本项目旨在将非线性分岔理论扩展到多机系统的多模式SSR问题上，更深入地探讨机、电之间和多个扭振模式之间的非线性相互作用及其能量转换关系，建立一套基于高维非线性分岔理论的多机多模式SSR机理解释和定量分析的理论及方法；更进一步，从消除、延迟或改变次同步谐振对应分岔的思路出发，提出并研究一种全新的基于非线性多项式输出反馈的多模式SSR分岔控制规律，将其参数设计问题规范为非线性约束规划问题，并设计智能搜索算法实现控制参数的优化设计。采用数值方法和电磁仿真验证所述多机多模式SSR非线性分岔分析与控制理论的有效性。

项目针对我国煤电基地通过远距离串补输电引起的多模式次同步谐振这一重大技术难题开展研究，通过理论分析、数值仿真以及工程实践，建立了一套多机系统多模式次同步谐振的非线性建模、分析以及优化控制的理论与方法；整体而言，项目按照计划进行，完成了各项研究内容，达到了预期目标。.具体成果包括以下几个方面：.1）在系统建模上：建立了适用多机系统多模式次同步谐振分析的非线性（能量）模型，包含大型机组轴系机械阻尼和串补装置的非线性特性，并采用现场实测数据获取模型参数并对其进行验证。.2）在分析方法上：提出了包含分岔机理的次同步谐振多维量化分析理论与方法，方法包括全息模型、全维分析和量化指标体系；对比了分岔机理与特征值、时域仿真的关系。.3）在控制手段与装备上：提出一种抑制SSR的通用性机理模型，由转子侧附加励磁阻尼控制（SEDC）和定子侧次同步电流动态补偿器（SCDC）组合构成，两者分别通过调制转子侧励磁电流和定子侧电枢电流来调节次同步扭矩，达到协调抑制SSR的目标；与企业合作基于大容量电力电子变流技术研制了我国首台SCDC型机端次同步阻尼控制器，并应用于实际工程。.4）在控制规律设计上：针对工程上多机系统、多模式次同步谐振在机网运行方式多变条件的优化控制难题，提出了一种多模式优化控制方法，其特点包括多模式独立通道结构，将控制参数设计规范为一个多模型的非线性约束优化问题并设计了一种遗传与模拟退火相结合的智能搜索算法来求解控制参数。.5）在项目研发期间，获得3项国家发明专利，完成论著1章，发表学术论文16篇，其中SCI检索5篇，EI检索8篇（不含SCI检索）；另外有1项专利在申请，4篇论文被录用，包括国际期刊（SCI检索）3篇，国内期刊（EI检索）1篇。.6）项目将相关理论成果转化为SSR分析与控制工具，包括分岔机理分析工具、特征值分析工具、控制参数智能优化工具以及综合的电磁仿真分析平台；并研发了机端次同步阻尼控制器的工业装置；相关理论、方法与装备在国内外（国内包括上都电厂、托克托电厂，国外为印度KMPCL电厂）得到工程应用，验证了研究成果的有效性和实用性。