CN101630844B - 一种次同步振荡阻尼控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种次同步振荡阻尼控制器。本发明所提次同步振荡阻尼控制器可以采用电容与逆变器串联结构、电容与逆变器并联结构，或者仅由逆变器构成，通过预先设定的逆变器控制策略使该次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来吸收、阻尼或旁路次同步频率分量，从而增加相应次同步频率的电气阻尼，最终达到抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR的目的。
Description
技术领域
本发明提出了一种抑制电力系统次同步振荡的阻尼控制器，属于电力系统电网安全稳定控制领域，具体涉及采用适当控制策略的逆变器、逆变器串联电容器、逆变器并联电容器等结构来抑制电力系统次同步振荡/谐振(SSO/SSR)的方法。
背景技术
由于一次能源和电力负荷在地理位置上的不匹配，大规模、跨区域互联电网成为现代电力系统最重要的特征之一，远距离、大容量、跨区域输电成为必然。大电网互联在带来巨大经济效益的同时也使得电力系统的动态行为变得更为复杂和难以把握，如存在互联电网的区域功率摇摆、长距离输电中发电机与电网之间的振荡由于阻尼较弱而不能得到有效抑制等问题。为提高资源的利用效率和电力系统的可靠性、灵活性、经济性，串联电容器补偿技术和一些有源快速控制装置在电力系统中得到大量应用。汽轮发电机组送出系统装设固定串补，当次同步扭振频率(电气网络次同步自然振荡频率与次同步扭振频率之和为同步频率)接近于机组轴系机械扭振的某频率且相应频率的阻尼不够时，可能激发次同步谐振(SSR)，在短期内会损坏发电机轴系或者显著消耗轴的机械寿命。对于自动电压调节器(AVR)、电力系统稳定器(PSS)、静止无功补偿装置(SVC)、高压直流输电(HVDC)等有源快速控制装置而言，在有些运行方式下，这些装置的控制回路可能对次同步频率分量呈现正反馈，也有可能给发电机励磁绕组注入一个或多个与轴系次同步扭振模态频率相对应的振荡分量，从而激发次同步振荡(SSO)现象。
为了抑制次同步振荡SSO或次同步谐振SSR，国内外提出了NGH-SSR阻尼器、可控串联补偿(TCSC)装置、在电厂升压变压器中性点装设静止阻塞滤波器、在发电机转子上装设极面阻尼绕组，附加励磁阻尼控制(SEDC)，SVC次同步阻尼控制器(SSDC)或扭矩动态稳定器(TDS)、可控移相器(TCPS)等一系列措施。常用的SSR的检测和保护装置主要有：扭应力继电器(TSR)、电枢电流继电器、次同步电流继电器和扭应力分析仪(TSA)。
国内外未见相同或类似于本发明所提次同步振荡阻尼控制器。
发明内容
针对电力系统次同步振荡/谐振(SSO/SSR)问题，本发明提出一种次同步振荡阻尼控制器。本发明所提次同步振荡阻尼控制器可以采用电容与逆变器串联结构、电容与逆变器并联结构，或者仅由逆变器构成，通过预先设定的逆变器控制策略使该次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来吸收、阻尼或旁路次同步频率分量，从而增加相应次同步频率的电气阻尼，最终达到抑制电力系统SSO/SSR的目的。所述逆变器控制策略在现有技术中有较多的方式，本领域技术人员可以根据需要容易的进行选择。
本发明提供的一种次同步振荡阻尼控制器，其特征在于采用电容与逆变器串联、电容与逆变器并联的结构，或者仅由逆变器构成，通过预先设定的逆变器控制策略使该次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来吸收、阻尼或旁路次同步频率分量，从而增加相应次同步频率的电气阻尼，最终达到抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR的目的。
其中所述次同步振荡阻尼控制器以下述三种方式接入电力系统：
(1)次同步振荡阻尼控制器并联接入电力系统：
将采用旁路电容与逆变器串联结构或旁路电容与逆变器并联结构的次同步振荡阻尼控制器作为次同步振荡分量的通路，通过调整逆变器的控制方案，使逆变器仅对次同步分量呈现电感特性，并与旁路电容形成相应次同步分量的谐振条件，吸收次同步分量，而对工频分量不产生影响，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR；次同步振荡阻尼控制器仅由逆变器构成时，通过调整逆变器的控制策略，使该次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来阻尼或旁路次同步频率分量，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR；
(2)次同步振荡阻尼控制器串联接入电力系统：
通过调整逆变器的控制策略，使次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来阻尼次同步频率分量，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR；
(3)在以H桥形式连接的电容器组中，用次同步振荡阻尼控制器代替电容器组H桥的一个桥臂：
将次同步振荡阻尼控制器作为次同步振荡分量的通路，通过调整逆变器的控制方案，可以使逆变器仅对次同步分量呈现电感特性，并与旁路电容形成次同步分量的谐振条件，吸收次同步分量；也可使次同步振荡阻尼控制器呈现出预定的阻抗特性，来阻尼或旁路次同步频率分量，增加相应频率的电气阻尼，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR。
其中，所述逆变器的结构可以是任意结构，所述逆变器采用的电力电子器件可以是半控型、全控型或复合型电力电子器件。
其中，所述次同步振荡阻尼控制器的输入信号采用本地或远方能表征汽轮发电机组轴系扭振特征的信号。
其中，所述信号是转速、转矩、电压、电流、功率信号或是这些信号的组合。
其中，所述次同步振荡阻尼控制器的输出信号可以用来产生控制命令以调整汽轮发电机组的有功功率、无功功率、电压和转速，或者调整电力系统中的有源快速控制装置的控制策略，进一步增加次同步振荡频率的电气阻尼，改善电力系统次同步振荡的抑制效果。
本发明的有益效果是：
1.次同步振荡阻尼控制器的输入信号比较灵活，可以采用本地或远方能表征汽轮发电机组轴系扭振特征的转速、电压、电流、功率等信号。
2.次同步振荡阻尼控制器的输出信号可用来产生控制命令以调整汽轮发电机组的有功功率、无功功率、电压和转速，或者调整电力系统中的有源快速控制装置的控制策略，从而进一步增加次同步振荡频率的电气阻尼，改善电力系统次同步振荡的抑制效果。
3.可在电阻性、电感性和电容性范围内，产生连续可控的阻抗值来阻尼次同步分量。
本发明所提次同步振荡阻尼控制器能快速或瞬时地响应指控命令，且可以三相独立控制，具有适应非全相运行状态的能力。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是采用电容与逆变器串联结构的次同步振荡阻尼控制器通过与串补电容并联接入电力系统的示意图；
图2是采用电容与逆变器串联结构的次同步振荡阻尼控制器通过与串补电容串联接入电力系统结构示意图；
图3是采用电容与逆变器串联结构的次同步振荡阻尼控制器作为以H桥形式连接的电容器组一个桥臂的结构示意图；
图4是次同步振荡阻尼控制器的一种控制方法框图。
图5是采用电容与逆变器串联结构的次同步振荡阻尼控制器控制方案一等效电路示意图；
图6是采用电容与逆变器串联结构的次同步振荡阻尼控制器控制方案二等效电路示意图。
具体实施方式
图1给出了采用电容与逆变器串联结构的次同步振荡阻尼控制器通过与串补电容并联接入电力系统抑制SSR的示意图，其中，C为串补电容，C1为旁路电容；串补电容支路电流为iC，旁路电容支路电流为i1。本发明通过预先设定的逆变器控制策略使带逆变器的整个旁路电容支路呈现预定的阻抗特性来吸收、阻尼或旁路次同步频率分量，从而增加相应次同步频率的电气阻尼，最终达到抑制电力系统SSO/SSR的目的。
利用次同步振荡阻尼控制器抑制SSO/SSR时，除了可以采用图1所示次同步振荡阻尼控制器通过与串补电容并联的方式接入电力系统外，还可以通过与串补电容串联的方式接入电力系统(如图2所示)、将次同步振荡阻尼控制器代替以H桥形式连接的电容器组的一个桥臂(如图3所示)或其它类似方式接入电力系统。
本发明针对上述次同步振荡阻尼控制器抑制SSO/SSR的原理，以图1所示接线方式为例给出两种控制方案。
控制方案一：
在图1中，旁路电容C1与逆变器串联构成次同步振荡分量的通路，通过调整逆变器的控制方案使逆变器仅对次同步分量呈现电感特性，并与旁路电容形成相应次同步分量的谐振条件，吸收次同步分量，而对工频分量不产生影响，从而抑制SSO/SSR。具体实现方法如图4所示。在图4中，测量环节用来测得汽轮发电机组的转速信号；滤波环节用于滤除干扰信号；辨识环节用来辨识转速信号ω中的次同步频率分量ωSSO；相位补偿环节用来补偿测量、滤波、辨识、控制等环节带来的相位滞后；控制环节采用滞环控制方法来调整次同步振荡阻尼控制器，使逆变器对次同步分量呈现电感特性。
图5给出了控制方案一中次同步振荡阻尼控制器等效电路示意图。其中，(a)为对次同步分量iSSO等效作用图，此时逆变器等效为电感Leq，Leq与旁路电容C1构成次同步分量的谐振条件，即
(b)为对工频分量ih1的等效作用图，此时逆变器等效为一个电压为0的电压源Veq。
控制方案二：
调整图1次同步振荡阻尼控制器中逆变器的控制策略，使次同步振荡阻尼控制器呈现出预定的阻抗特性，来吸收或阻尼次同步频率分量，增加相应频率的电气阻尼。此时，次同步振荡阻尼控制器等效为阻抗Zeq，如图6中所示。
当次同步振荡阻尼控制器串联接入电力系统(如图2所示)时，可按照上述控制方案二调整逆变器的控制策略，使次同步振荡阻尼控制器等效为阻抗Zeq(如图6所示)阻尼次同步频率分量，抑制荡SSO或SSR。
当次同步振荡阻尼控制器作为H桥形式连接的电容器组的一个桥臂(如图3所示)时，将次同步振荡阻尼控制器作为次同步振荡分量的通路，可按照上述控制方式一调整逆变器的控制方案，使逆变器等效为图5中的电感Leq来吸收次同步分量；也可使按照控制方案二调整逆变器的控制策略，使次同步振荡阻尼控制器等效为图6中的阻抗Zeq阻尼次同步频率分量，抑制荡SSO或SSR。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (5)
1.一种次同步振荡阻尼控制器，其特征在于采用电容与逆变器串联、电容与逆变器并联的结构，或者仅由逆变器构成，通过预先设定的逆变器控制策略使该次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来吸收、阻尼或旁路次同步频率分量，从而增加相应次同步频率的电气阻尼，最终达到抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR的目的，其以下述三种方式接入电力系统：
(1)次同步振荡阻尼控制器并联接入电力系统：
将采用旁路电容与逆变器串联结构或旁路电容与逆变器并联结构的次同步振荡阻尼控制器作为次同步振荡分量的通路，通过调整逆变器的控制方案，使逆变器仅对次同步分量呈现电感特性，并与旁路电容形成相应次同步分量的谐振条件，吸收次同步分量，而对工频分量不产生影响，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR；次同步振荡阻尼控制器仅由逆变器构成时，通过调整逆变器的控制策略，使该次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来阻尼或旁路次同步频率分量，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR；
(2)次同步振荡阻尼控制器串联接入电力系统：
通过调整逆变器的控制策略，使次同步振荡阻尼控制器呈现预定的阻抗特性来阻尼次同步频率分量，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR；
(3)在以H桥形式连接的电容器组中，用次同步振荡阻尼控制器代替电容器组H桥的一个桥臂：
将次同步振荡阻尼控制器作为次同步振荡分量的通路，通过调整逆变器的控制方案，可以使逆变器仅对次同步分量呈现电感特性，并与旁路电容形成次同步分量的谐振条件，吸收次同步分量；也可使次同步振荡阻尼控制器呈现出预定的阻抗特性，来阻尼或旁路次同步频率分量，增加相应频率的电气阻尼，从而抑制电力系统次同步振荡SSO或次同步谐振SSR。
2.如权利要求1所述的次同步振荡阻尼控制器，其特征在于所述逆变器的结构是任意结构，所述逆变器采用的电力电子器件是半控型、全控型或复合型电力电子器件。
3.如权利要求1所述的次同步振荡阻尼控制器，其特征在于所述次同步振荡阻尼控制器的输入信号采用本地或远方能表征汽轮发电机组轴系扭振特征的信号。
4.如权利要求3所述的次同步振荡阻尼控制器，其特征在于所述信号是转速、转矩、电压、电流、功率信号或是这些信号的组合。
5.如权利要求1所述的次同步振荡阻尼控制器，其特征在于所述次同步振荡阻尼控制器的输出信号用来产生控制命令以调整汽轮发电机组的有功功率、无功功率、电压和转速，或者调整电力系统中的有源快速控制装置的控制策略，进一步增加次同步振荡频率的电气阻尼，改善电力系统次同步振荡的抑制效果。
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