CN103050976A - 输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置。本发明提出了一种可控串联补偿技术，其在输电线路中加入可控的晶闸管阀，由串联电容器组和晶闸管阀控制的电感并联构成可控串补装置。由于晶闸管阀为可控元件，本发明可通过控制晶闸管阀中晶闸管的导通/关断来实现对可控串补装置总阻抗的平滑控制，其相对固定串补而言，能够更有效地抑制系统的次同步谐振、提高系统传输能力和暂态稳定性，起到减小线路电抗、改善功率分布的作用。

Description

输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置
技术领域
本发明涉及输配电技术领域，具体涉及一种用于输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置。
背景技术
由于我国发电资源分布与用电负荷地理位置上分布极不均衡，大容量、远距离输电，实现全国电网互联将是我国电网发展的特点。提高系统暂态稳定性和增加传输功率、改善系统阻尼、迅速抑制系统故障后振荡、抑制次同步谐振是我国串联补偿应用的主要目的。但是采用固定串联电容补偿技术可能引发次同步谐振(SSR)。轻微的次同步谐振会降低汽轮发电机轴系的寿命，严重的次同步谐振可导致汽轮发电机轴系断裂，威胁机组和电力系统的安全稳定运行。
1970年12月和1971年10月位于美国内华达州南部的Mohave火电厂发电机组轴系由于串补电容引发了两次次同步谐振，次同步谐振问题才引起广泛关注，开展了一系列调查研究。随着串联补偿装置在世界许多国家广泛应用，次同步谐振的抑制措施也受到广泛的重视，开发出多种抑制次同步谐振的技术，主要有：
一、静止阻塞滤波器，理论上讲静止阻塞滤波器可以有效减少机电扭矩相互作用和暂态力矩放大效应，但该方法的缺点是费用高、占地面积大，其阻塞效果还取决于对扭振频率的预测和发电机参数的测量，而扭振频率随负载等情况的变化而有所变化，如果参数不当反而激发起严重的谐振。
二、附加励磁阻尼控制，这种技术主要适合于次同步谐振风险不是很大的系统，起到一定的辅助作用，但对于次同步谐振风险较大的系统，其作用有限。
三、应用静止无功补偿器（SVC）抑制次同步谐振，SVC抑制次同步谐振的效果与补偿容量有关，还与系统运行情况及控制策略有关，如策略不当，阻尼次同步谐振的效果就会差很多。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种输电线路抑制系统次同步谐振的串补装置，从而更好地抑制次同步谐振，提高输配电系统的系统传输能力和稳定性。
根据本发明的一个方面，提供一种输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置，所述装置包括：串联电容器组、阻尼装置和晶闸管阀，所述阻尼装置和所述晶闸管阀串联后再与所述串联电容器组并联，其中，
所述串联电容器组由多台电容器通过串联方式组成；
所述阻尼装置实现为电感，用于限制所述串联电容器组的放电电流的幅值和频率，使其很快衰减，还用于迅速泄放所述串联电容器组的残余电荷；以及
所述晶闸管阀包括反向并联的两个晶闸管，通过控制晶闸管的导通/关断来改变流过所述晶闸管阀所在支路的电流，从而改变所述可控串补装置的等值阻抗。
优选地，所述可控串补装置进一步包括金属氧化物限压器，所述金属氧化物限压器与所述串联电容器组并联，用于限制所述串联电容器组的过电压，以作为所述串联电容器组的主保护电路。
优选地，所述可控串补装置进一步包括强制火花放电装置，所述强制火花放电装置与所述串联电容器组并联，用于快速触发而将所述串联电容器组旁路，以作为所述金属氧化物限压器的主保护电路和所述串联电容器组的后备保护电路。
优选地，所述可控串补装置进一步包括旁路断路器，所述旁路断路器是一与所述串联电容器组并联的隔离开关，用于进行所述可控串补装置中串补功能的投入和退出的操作。
优选地，所述金属氧化物限压器在正常运行工况下呈现高阻值，不导通，而当流过所述串联电容器组的电流超过正常范围而造成所述串联电容器组电压过高时，所述金属氧化物限压器导通以吸收电流能量，从而起到保护所述串联电容器组的作用。
根据本发明的另一个方面，还提供一种输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补系统，所述系统包括上述可控串补装置，其中，该系统进一步包括：转速检测模块、信号处理模块、中央处理模块和触发控制模块，其中，
所述转速检测模块，用于采集电力系统中发电机的转速信号，并与发电机的额定转速比较得到一转速偏差信号，并将该转速偏差信号传送到所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于从该转速偏差信号的相位信息中获取次同步谐振的信息，并将该次同步谐振的信息传送到所述中央处理模块；
所述中央处理模块，用于对该次同步谐振的信息进行处理，得到可对该次同步谐振进行补偿的稳态阻抗值，根据该稳态阻抗值计算出用于晶闸管的一触发角，将该触发角转换成对应的时间偏移量，并根据该时间偏移量来驱动所述触发控制模块；以及
所述触发控制模块，用于根据所述中央处理模块的驱动，基于该时间偏移量来控制所述可控串补装置中的晶闸管的导通/关断，从而使得所述可控串补装置达到该稳态阻抗值。
优选地，所述触发控制模块实现为一触发器。
优选地，所述信号处理模块采用高通滤波或带通滤波来从该转速偏差信号的相位信息中获取次同步谐振的信息。
根据上述技术方案，本发明提出了一种可控串联补偿技术，其在输电线路中加入可控的晶闸管阀，由串联电容器组和晶闸管阀控制的电感并联构成可控串补装置。由于晶闸管阀为可控元件，本发明可通过控制晶闸管阀中晶闸管的导通/关断来实现对可控串补装置总阻抗的平滑控制，其相对固定串补而言，能够更有效地抑制系统的次同步谐振、提高系统传输能力和暂态稳定性，起到减小线路电抗、改善功率分布的作用。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置的电路图；
图2是本发明具体实施方式中输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补系统的系统结构图。
具体实施方式
由于现有技术的电力系统中采用固定串联电容补偿技术，串联的电容器组的容抗会在输电线路上产生一定相位偏差，从而引发次同步谐振现象。本发明的思路在于：在补偿电路中加入可控元件，通过动态控制包括原有串联电容器组在内的可控串补电路的等效阻抗，从而有可能补偿所偏差的相位。相对固定串补而言，本发明能够更有效地抑制系统的次同步谐振、提高系统传输能力和暂态稳定性，起到减小线路电抗、改善功率分布的作用。上述发明构思具体体现在如下具体实施方式的介绍中。
图1是本发明具体实施方式中输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置的电路图。图1中所示的可控串补装置包括：串联电容器组C、金属氧化物限压器MOV、强制火花放电装置GAP、阻尼装置L、旁路断路器BPB和晶闸管阀TSW等。其中，串联电容器组、晶闸管阀和阻尼装置是该可控串补装置的核心功能部件，也就是说，电容器组和由晶闸管阀控制的阻尼装置并联可组成本发明中的可控串补装置。
串联电容器组C是现有串补装置中就存在的，其也是本发明可控串补装置中的一个主要工作元件，其由多台电容器通过串联方式组成。
金属氧化物限压器MOV与该电容器组并联，用于限制电容器组的过电压，是串联电容器组的主保护电路。金属氧化物限压器MOV在正常运行工况下呈现高阻值，不导通，而当流过串联电容器组的电流超过正常范围而造成电容器组电压过高时，金属氧化物限压器MOV导通以吸收电流能量，从而起到保护串联电容器组的作用。
强制火花放电装置GAP与该电容器组并联，其能够快速触发而将串联电容器组旁路，它是金属氧化物限压器MOV的主保护电路和串联电容器组的后备保护电路。
旁路断路器BPB实现为与所述串联电容器组并联的隔离开关，用于进行可控串补装置中串补功能的投入和退出的操作。此外，旁路断路器BPB合闸后，可使火花间隙电弧迅速熄灭，防止火花间隙燃弧时间过长。
阻尼装置L可实现为电感，也是可控串补装置的一个主要工作元件，其用于限制串联电容器组放电电流的幅值和频率，使其很快衰减，从而减小放电电流对电容器组、旁路断路器和强制火花放电装置GAP的损害，还用于迅速泄放电容器组的残余电荷。
在图1所示的可控串补装置中，晶闸管阀TSW是一个重要的元件，它的设置也是本发明其中一个重要发明点。该晶闸管阀TSW主要包括反并联的双向晶闸管，其与阻尼装置L串联之后与串联电容器组C并联。由于晶闸管具有可控特性，因此就可以通过控制晶闸管阀中的晶闸管的导通时刻，来改变流过其所在电抗器支路的电流，从而改变可控串补装置的外部等值阻抗。相对于现有的由串联电容器构成的单一容性补偿电路来讲，本发明的可控串补装置的阻抗可在感性或容性区间内进行调节。
可见，本发明中的可控串补装置是通过晶闸管的导通/关断控制来调节补偿度的。两个晶闸管反向并联且串联在电抗器支路中，通过改变晶闸管的触发角（导通和关断时间），可以改变流过电抗器支路的电流，使可控串补装置呈现总的阻抗在感性或容性区间连续变化，以改变系统电气参数来调节线路潮流。通过适当的控制，本发明的可控串补装置有可能实现对系统低频振荡的阻尼。
在图2中，除发电机之外的实线框中示出了本发明具体实施方式中输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补系统的系统结构。该可控串补系统包括以上介绍的可控串补装置，此外，该系统还包括：转速检测模块、信号处理模块、中央处理模块和触发控制模块。
该转速检测模块采集电力系统中发电机的转速信号，并与发电机的额定转速比较得到一转速偏差信号，并将该转速偏差信号传送到信号处理模块。该信号处理模块通过高通滤波或带通滤波等信号处理手段，从该转速偏差信号的相位信息中获取次同步谐振的信息，并将该信息传送到中央处理模块。该中央处理模块对该次同步谐振的信息进行处理，得到可对该次同步谐振进行补偿的稳态阻抗值，根据该稳态阻抗值计算出用于晶闸管的一触发角，将该触发角转换成对应的时间偏移量，并根据该时间偏移量来驱动触发控制模块。该触发控制模块可实现为一触发器，其受到中央处理模块的驱动，基于该时间偏移量来控制可控串补装置中双向晶闸管的导通和关断，使得可控串补装置达到该稳态阻抗值。该可控串补装置可在该触发控制模块的控制下，使得自身阻抗在感性或容性区间内连续变化，以在发电机中产生一个与转速偏差信号相位相近的附加转矩，从而有效阻尼系统的低频振荡。
其中，信号处理模块从转速偏差信号的相位信息中获取次同步谐振信息的方式可利用现有技术中的次同步谐振计算方法获得。由上文中对于可控串补装置的介绍可知，其中串联电容器组C的容抗和阻尼装置L的感抗是固定值，可控串补装置的阻抗调节正是通过调节晶闸管阀TSW中晶闸管的导通和关断（触发角）来实现的，只要确定了所需的稳态阻抗值，中央处理模块根据该稳态阻抗值来确定晶闸管触发角的计算方式属于现有技术，该计算和控制方式也并非本发明的发明点，此处不做赘述。
根据上述具体实施方式介绍可知，本发明提出了一种可控串联补偿技术，其在输电线路中加入可控的晶闸管阀，由原有的串联电容器组和晶闸管阀控制的电感并联构成可控串补装置。由于晶闸管阀为可控元件，本发明可通过控制晶闸管阀中晶闸管的触发角来实现对可控串补装置总阻抗的平滑控制，其相对固定串补而言，能够更有效地抑制系统的次同步谐振、提高系统传输能力和暂态稳定性，起到减小线路电抗、改善功率分布的作用。

Claims (8)

1.一种输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补装置，其特征在于，所述可控串补装置包括：串联电容器组、阻尼装置和晶闸管阀，所述阻尼装置和所述晶闸管阀串联后再与所述串联电容器组并联，其中，
所述串联电容器组由多台电容器通过串联方式组成；
所述阻尼装置实现为电感，用于限制所述串联电容器组的放电电流的幅值和频率，使其很快衰减，还用于迅速泄放所述串联电容器组的残余电荷；以及
所述晶闸管阀包括反向并联的两个晶闸管，通过控制晶闸管的导通/关断来改变流过所述晶闸管阀所在支路的电流，从而改变所述可控串补装置的等值阻抗。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可控串补装置进一步包括金属氧化物限压器，所述金属氧化物限压器与所述串联电容器组并联，用于限制所述串联电容器组的过电压，以作为所述串联电容器组的主保护电路。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可控串补装置进一步包括强制火花放电装置，所述强制火花放电装置与所述串联电容器组并联，用于快速触发而将所述串联电容器组旁路，以作为所述金属氧化物限压器的主保护电路和所述串联电容器组的后备保护电路。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可控串补装置进一步包括旁路断路器，所述旁路断路器是一与所述串联电容器组并联的隔离开关，用于进行所述可控串补装置中串补功能的投入和退出的操作。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述金属氧化物限压器在正常运行工况下呈现高阻值，不导通，而当流过所述串联电容器组的电流超过正常范围而造成所述串联电容器组电压过高时，所述金属氧化物限压器导通以吸收电流能量，从而起到保护所述串联电容器组的作用。
6.一种输电线路抑制系统次同步谐振的可控串补系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-5种任一项所述的可控串补装置，其中，该系统进一步包括：转速检测模块、信号处理模块、中央处理模块和触发控制模块，其中，
所述转速检测模块，用于采集电力系统中发电机的转速信号，并与发电机的额定转速比较得到一转速偏差信号，并将该转速偏差信号传送到所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于从该转速偏差信号的相位信息中获取次同步谐振的信息，并将该次同步谐振的信息传送到所述中央处理模块；
所述中央处理模块，用于对该次同步谐振的信息进行处理，得到可对该次同步谐振进行补偿的稳态阻抗值，根据该稳态阻抗值计算出用于晶闸管的一触发角，将该触发角转换成对应的时间偏移量，并根据该时间偏移量来驱动所述触发控制模块；以及
所述触发控制模块，用于根据所述中央处理模块的驱动，基于该时间偏移量来控制所述可控串补装置中的晶闸管的导通/关断，从而使得所述可控串补装置达到该稳态阻抗值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述触发控制模块实现为一触发器。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块采用高通滤波或带通滤波来从该转速偏差信号的相位信息中获取次同步谐振的信息。
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