CN104934992B - 一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置及方法，包括三相逆变器、控制模块和信号检测模块；信号检测模块的第一输入端接收同步机端口三相交流电压，第二输入端接收装置端口三相交流电压，第三输入端接收装置端口三相交流电流；控制模块的第一输入端连接至信号检测模块的第一输出端，控制模块的第二输入端接收直流母线电压，控制模块的第三输入端连接至信号检测模块的第三输出端，控制模块的第四输入端连接至信号检测模块的第四输出端，控制模块的第五输入端连接至信号检测模块的第二输出端；控制模块根据信号检测模块获得的锁相误差信号通过无功电流的控制进而调节电气阻尼大小以实现抑制系统次同步振荡。

Description

一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置及方法

技术领域

本发明属于同步机技术领域，更具体地，涉及一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制方法及装置。

背景技术

1970年与1971年，位于美国的Mohave电厂连续出现由于串补线路造成的汽轮发电机组轴系振荡损坏事故，让人们开始注意到串联电容补偿线路的动态过程将引起同步发电机轴系扭振问题以及次同步振荡的问题。这种不稳定的振荡频率远高于传统的低频振荡的频率范围(0.3Hz-3Hz)，但又低于系统的同步频率，因此被称为次同步谐振问题。在以同步发电机为主力电源的传统电力系统分析中，人们又陆续发现了由于故障、重合闸以及高压直流输电、快速的电力电子装置等因素引起的同步电机轴系振荡和电力系统次同步振荡问题，这些现象现统称为电力系统次同步振荡问题。

我国能源分布与负荷分布呈现东西分化的态势，西北地区拥有着大规模的火电及光伏等新能源，而负荷中心则多集中在中东部沿海一带。因此电力资源远距离、大规模输送成为我国未来电力系统的趋势。

为了提高输送能力、平衡潮流、加强暂态安全稳定性，通常在线路上安装一定容量的串联补偿装置或采用高压直流输电工程。在串联补偿输电系统中，电容的电抗与系统的感抗串联，构成一个串联谐振回路，该频率若与同步机转子轴系某一振荡模态频率互补，则容易发生次同步振荡，对同步机转子轴系造成损害，也对电网的安全稳定运行造成影响。近年来，我国次同步振荡现象频发，在伊敏、绥中、上都、托克托、锦界等电厂都出现了次同步振荡的威胁，因此如何抑制次同步振荡成为当前电力行业学术界和工程界的一大热点。

以往提出的次同步振荡抑制方法多基于非全控开关器件，并且采用串联型安装方式，虽取得了较好的效果，但在支撑接入点母线电压、无功补偿方面存在着一定的缺陷。随着全控型开关工程日臻成熟，并联型补偿装置单机容量的不断增大，业界开始关注如何利用并联型静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，简称STATCOM，又称SVG)来抑制次同步振荡。但现有的现场已安装的STATCOM，其主要用于支撑接入点母线电压和对系统提供无功支撑，并没有抑制次同步振荡的功能。有学者提出可以在现有的STATCOM上增加控制模块或利用专门的类似STATCOM结构的装置来实现抑制次同步振荡的方法，但这些方法多需提前计算系统振荡频率，离线整定多通道滤波，并需要采集同步发电机的转速信号作为输入，存在着采集信号误差和传输中的信息丢失等问题，鲁棒性较差，对多种运行情况的适应性较差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制方法及装置，旨在解决现有技术无法抑制次同步振荡的技术问题。

本发明提供了一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置，包括三相逆变器，还包括控制模块和信号检测模块；所述信号检测模块的第一输入端用于接收同步机端口三相交流电压V_SG，第二输入端用于接收装置端口三相交流电压V_PCC，第三输入端用于接收装置端口三相交流电流I_PCC；所述控制模块的第一输入端连接至所述信号检测模块的第一输出端，所述控制模块的第二输入端接收母线电压U_dc，所述控制模块的第三输入端连接至所述信号检测模块的第三输出端，所述控制模块的第四输入端连接至所述信号检测模块的第四输出端，所述控制模块的第五输入端连接至所述信号检测模块的第二输出端；所述控制模块用于根据所述信号检测模块获得的锁相误差信号通过无功电流的控制进而调节电气阻尼大小以实现抑制系统次同步振荡。

更进一步地，所述控制模块包括次同步抑制器，直流母线电压控制器，有功电流控制器，无功电流控制器，矢量合成模块和SVPWM调制模块；所述次同步抑制器的输入端作为所述控制模块的第一输入端接收锁相误差信号Δθ_{sub_SG}，所述次同步抑制器根据所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}输出无功电流基准值i_qref；所述无功电流控制器的第一输入端连接至所述次同步抑制器的输出端，所述无功电流控制器的第二输入端作为所述控制模块的第四输入端接收电流无功分量i_q，所述无功电流控制器根据所述无功电流基准值i_qref和所述电流无功分量i_q获得无功电流控制信号E_q；所述直流母线电压控制器的第一输入端接收直流母线参考电压U_dcref，所述直流母线电压控制器的第二输入端作为所述控制模块的第二输入端，所述直流母线电压控制器根据所述母线参考电压U_dcref和直流母线电压U_dc获得有功电流基准值i_dref；所述有功电流控制器的第一输入端连接至所述直流母线电压控制器的输出端，第二输入端作为所述控制模块的第三输入端，所述有功电流控制器根据所述有功电流基准值i_dref和电流有功分量i_d获得有功电流控制信号E_d；所述矢量合成模块的第一输入端连接至有功电流控制器的输出端，所述矢量合成模块的第二输入端连接至所述无功电流控制器的输出端，所述矢量合成模块的第三输入端作为所述控制模块的第五输入端，所述矢量合成模块根据所述有功电流控制信号E_d、所述无功电流控制信号E_q和端口电压相角θ_{sys_PCC}输出调制三相内电势E_abc和调制内电势相角φ_abc；所述SVPWM调制模块的输入端连接至所述矢量合成模块的输出端，SVPWM调制模块用于对调制三相内电势E_abc和调制内电势相角φ_abc进行空间矢量调制并输出开关控制信号。

更进一步地，所述次同步抑制器包括：相位校正装置，其输入端作为所述次同步抑制器输出端，接收所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}，所述相位校正装置用于对所述转速锁相误差信号Δθ_{sub_SG}进行相位校正并输出相位准确的锁相误差信号以及比例放大装置，其输入端连接至所述相位校正装置的输出端，所述比例放大装置用于将所述相位准确的锁相误差信号进行比例放大后输出无功电流基准值i_qref。

更进一步地，，所述信号检测模块包括：第一锁相环，其输入端作为所述信号检测模块的第一输入端，所述第一锁相环用于对所述同步机端口三相电压V_SG进行锁相处理并输出锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；第二锁相环，其输入端作为所述信号检测模块的第二输入端，所述第二锁相环用于对所述装置端口三相交流电压V_PCC进行锁相处理并输出端口电压相角θ_{sys_PCC}；以及坐标变换器，其第一输入端作为所述信号检测模块的第三输入端，其第二输入端连接至所述第二锁相环的输出端；所述坐标变换器用于将所述装置端口三相交流电流I_PCC和端口电压相角θ_{sys_PCC}进行相角变换并输出电流有功分量i_d和无功分量i_q。

更进一步地，所述第一锁相环包括第一坐标变换器，第二坐标变换器，第一PI控制器、第一积分器；所述第一坐标变换器的输入端作为所述第一锁相环的输入端，用于对所述同步机端口三相电压V_SG进行坐标变换并输出同步机端口电压α轴分量V_{α_SG}和同步机端口电压β轴分量V_{β_SG}；所述第二坐标变换器的第一输入端连接至所述第一坐标变换器的第一输出端，所述第二坐标变换器的第二输入端连接至所述第一坐标变换器的第二输出端，所述第二坐标变换器的第三输入端连接至所述第一积分器的输出端，用于将所述同步机端口电压α轴分量V_{α_SG}、所述同步机端口电压β轴分量V_{β_SG}和所述同步机端口电压相角θ_{sub_SG}进行坐标变换并输出锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；所述第一PI控制器的输入端连接至所述第二坐标变换器的输出端，用于对所述锁相误差信号Δθ_{sys_SG}进行比例积分控制并输出转速信号所述第一积分器的输入端连接至所述第一PI控制器的输出端，用于对所述转速信号进行积分并输出同步机端口电压相角θ_{sub_SG}。更进一步地，所述第二锁相环包括第三坐标变换器，第四坐标变换器，第二PI控制器和第二积分器；所述第三坐标变换器的输入端作为所述第二锁相环的输入端，用于对所述端口三相电压V_PCC进行坐标变换并输出端口电压α轴分量V_{α_PCC}和端口电压β轴分量V_{β_PCC}；所述第四坐标变换器的第一输入端连接至所述第三坐标变换器的第一输出端，所述第四坐标变换器的第二输入端连接至所述第三坐标变换器的第二输出端，所述第四坐标变换器的第三输入端连接至所述第二积分器的输出端，用于对端口电压α轴分量V_{α_PCC}、端口电压β轴分量V_{β_PCC}和端口电压相角θ_{sys_PCC}进行坐标变换并输出端口电压无功分量V_q；所述第二PI控制器的输入端连接至所述第四坐标变换器的输出端，用于对所述端口电压无功分量V_q进行比例积分控制并输出并网点转速信号所述第二积分器的输入端连接至所述第二PI控制器的输出端，用于对所述并网点转速信号进行积分并输出端口电压相角θ_{sys_PCC}。

本发明提及的装置采用全控型开关，其开端频率可以几千赫兹，可控性好，动态响应性能好，输出电压波形谐波频率较高，波形畸变率小，可以有效降低装置端口滤波器的配置和成本。

本发明还提供了一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制方法，包括下述步骤：

(1)采集同步机端口三相交流电压V_SG、装置端口三相交流电压V_PCC和装置端口三相交流电流I_PCC；

(2)对所述装置端口三相交流电压V_PCC进行锁相处理，获得电压相角θ_{sub_PCC}；对所述同步机端口三相交流电压V_SG进行锁相处理，获得锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；对所述装置端口三相交流电流I_PCC和所述电压相角θ_{sys_PCC}进行坐标变换，获得电流有功分量i_d和电流无功分量i_q；

(3)根据直流母线参考电压U_dcref和直流母线电压U_dc获得有功电流基准值i_dref，并根据有功电流基准值i_dref和所述电流有功分量i_d获得有功电流控制信号E_d；

根据所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}获得无功电流基准值i_qref，并根据无功电流基准值i_qref和所述电流无功分量i_q获得无功电流控制信号E_q；

(4)对所述无功电流控制信号E_q、所述有功电流控制信号E_d和所述电压相角θ_{sys_PCC}进行矢量合成，获得三相交流励磁电压幅值E_abc和相位角φ_abc；

(5)对三相交流励磁电压幅值E_abc和相位角φ_abc进行空间矢量调制后获得开关控制信号，并对静止同步补偿器中的开关进行开断控制，以实现抑制系统次同步振荡。

更进一步地，在步骤(2)中通过锁相环获得所述锁相误差信号Δθ_{sys_SG}。

本发明采用锁相环误差来检测次同步振荡，取代了传统的通过磁链测量元件或光码盘等测速装置检测同步机转速的方法，有效地降低了检测误差和信号传递带来的误差；对整个次同步频段的信号都能够进行有效检测并快速响应，避免了传统抑制方法需事先进行模态计算并配置多组滤波器所带来的装置成本上升；可作为单独抑制次同步振荡的装置一对一地安装于同步发电机机端，能够快速检测次同步振荡并进行有效抑制，也可以作为附加控制模块安装于同步机附近已有的静止同步补偿器(STATCOM)或光伏、风电等具有基于全控型开关逆变器机构装置中，移植性高。

本发明具有如下技术优点：

(1)由于本发明提出的方法基于锁相环误差来检测次同步振荡，输入信号为同步机端口三相电压，而非直接采集同步机转速信号，技术上更为成熟，且采样更为精确。

(2)基于本发明提出方法的抑制装置连接在发电机端，采用一对一的保护方式，次同步振荡一旦发生，该装置能够快速相应准确地提取同步机端口电压中次同步振荡信号，抑制效果好，而传统采集同步机转速信号，由于同步机各质量块的惯性，转速信号并不能及时发映出系统中的次同步振荡，造成一定延时。

(3)系统中可能含有多个振荡模态，因此同步机以何频率起振是未知的，因此传统方法需离线计算系统各个模态振荡频率，然后按每个模态配置相应的窄带滤波器和相位补偿器，增加了成本，而本发明提出的方法不必提前知晓次同步振荡模态频率，减少了针对各个模态设计的滤波器和相位补偿器，具有较高的移植性。

(4)由于本发明提出的方法能够快速检测到次同步振荡的发生并及时响应，该时间段内次同步振荡程度较低，同步机与系统间的能量交换较小，因此应用本发明提出方法装置的容量不必太大，并且本发明提出的控制方式简单，所用模块较少，可有效地节约成。根据本发明提出的方法，可以单独设计成为专门抑制次同步振荡的装置，也可以作为附加控制模块加入现有的STATCOM、光伏或风电等具有基于全控型开关逆变器机构装置中。

附图说明

图1是在含串联补偿装置的单同步发电机-无穷大电网系统接线图。

图2是基于锁相环误差次实现同步振荡抑制装置的原理图。

图3是本发明提出的利用锁相环误差检测次同步振荡原理图

图4是利用锁相环得到次同步抑制装置并网电压及相角原理图。

图5是本发明提出的次同步抑制器原理图。

图6是有功、无功电流控制原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及到一种应用于火电机组基于全控开关器件并联型的新型次同步抑制方式，更具体地，涉及到一种依靠锁相环误差，检测同步机出口电压中的次同步振荡分量，通过向电网中注入同模态的无功电流分量来调节同步机端口电压，进而调节同步输出的有功来达到抑制次同步振荡的控制方式。本发明主要以采用本发明提出的次同步抑制方法的装置应用于传统火电机组及外部电网线路中接有串联补偿装置工况的情况为例，阐述其抑制次同步振荡的思想。

本发明所要解决的技术问题是抑制同步发电机次同步振荡；该方法不需要提前进行模态辨识、具有高度鲁棒性、次同步状态检测快速等优点，控制灵活。该方法可以用于本发明所采用的专门用于抑制次同步振荡的装置安装于同步机出口母线处，也可以作为附加控制模块应用于现有的静止同步补偿器(STATCOM)及距火电机组电气距离较近的光伏、风电等具有基于全控型开关逆变器机构装置中，具有良好的抑制效果及实用性。

本发明提供了一种只通过电气量快速检测次同步振荡、并且能够自动适应次同步频段(5Hz～50Hz)进行次同步振荡抑制的新型次同步振荡抑制方法。

该发明包括以下内容：

(1)通过锁相环锁相误差作为本发明提出的次同步振荡抑制装置的输入量，同时锁住装置端口电压相角，并将电流经坐标变换分解成有功分量、无功分量，作为控制回路的反馈值。其中，根据装置中直流母线电压的控制得到电流有功分量的基准值，该基准值与坐标变换得到的电流有功分量实际值进行比较后经过控制器进行有功电流控制；而通过锁相环得到的锁相误差经过相位校正、比例放大得到无功电流的基准值，再将该基准值与坐标变换得到的电流无功分量进行比较，经过控制器进行无功电流控制调节系统阻尼从而抑制次同步振荡。

(2)中提到的锁相环，采用经典锁相环结构，即将输入的三相电压经坐标变换后得到锁相误差信号Δθ_{sub_SG}，将该分量通过比例-积分控制器(PI)后得到转速，再将转速积分后得到电压相角，反馈到该锁相环中的坐标变化。(3)中无功电流的基准值由次同步抑制器产生；无论是电压环还是电流环，都可以采用简单的比例-积分(PI)控制器，也可以是比例-谐振(PR)控制器，或者其他控制器。

(4)中有功电流的基准值由直流母线电压稳定的控制回路得到；直流母线电压的控制器参数需准确设计，使得直流母线电压畸变不能超过可容忍阈值。

(5)将控制后的有功和无功电流及锁相环得到的相位进行矢量计算，得到全控型开关的控制信号，经过空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)或其它调制方式后得到注入装置点的目标电流；本发明提出的次同步振荡抑制装置可以经厂备用变压器接到上网变压器低压侧即发电机端口侧，或上网变压器的高压侧。

(6)本发明提出的次同步振荡抑制装置硬件结构与传统的STATCOM十分接近，除了控制方法的不同外，本发明提出的装置的容量和直流母线电容大小应该按照所要安装的实际系统环境的阻尼大小来进行配置，可采用dq解耦控制结构，也可采用三相分相控制结构。

次同步振荡其本质为同步机所接入系统由于感应发电机效应在次同步频段上阻尼为负，因而同步机在该频段上与电网进行有功能量交换，该有功受同步机端口电压幅值的影响，而同步机端口电压可以通过向系统注入无功功率进行影响。因此本发明提出的基于锁相环误差、通过注入无功电流来抑制次同步振荡的方法可以有效提高系统在次同步频段的阻尼，从而达到抑制次同步振荡的作用。

与传统抑制次同步振荡方法比较，本发明提出的方法具有以下优点：

(1)由于本发明提出的方法基于锁相环误差检测次同步振荡，输入信号为同步机端口三相电压，而非直接采集同步机转速信号，技术上更为成熟，且采样更为精确。

(2)基于本发明提出方法的抑制装置连接在发电机端，采用一对一的保护方式，次同步振荡一旦发生，该装置能够快速相应准确地提取同步机端口电压中次同步振荡信号，抑制效果好，而传统采集同步机转速信号，由于同步机各质量块的惯性，转速信号并不能及时发映出系统中的次同步振荡，造成一定延时；

(3)系统中可能含有多个振荡模态，因此同步机以何频率起振是未知的，因此传统方法需离线计算系统各个模态振荡频率，然后按每个模态配置相应的窄带滤波器和相位补偿器，增加了成本，而本发明提出的方法不必提前知晓次同步振荡模态频率，减少了针对各个模态设计的滤波器和相位补偿器，具有较高的移植性；

(4)由于本发明提出的方法能够快速检测到次同步振荡的发生并及时响应，该时间段内次同步振荡程度较低，同步机与系统间的能量交换较小，因此应用本发明提出方法装置的容量不必太大，并且本发明提出的控制方式简单，所用模块较少，可有效地节约成。根据本发明提出的方法，可以单独设计成为专门抑制次同步振荡的装置，也可以作为附加控制模块加入现有的STATCOM、光伏或风电等具有基于全控型开关逆变器机构装置中。

下面结合附图，说明本发明提出的基于锁相环误差的次同步振荡抑制方法在全控型开关装置中的应用。

图1是基于锁相环误差进行次同步振荡抑制装置在含串联补偿线路的单同步机-无穷大电网中的接线示意图。1表示本发明提出的装置，当系统发生次同步振荡时，该装置检测并及时切入，为系统提供正阻尼进而抑制次同步振荡；2表示隔离变压器，起到升压和为抑制次同步装置隔离噪声干扰等作用；3表示同步发电机；4表示电压测量装置，用来测量同步机端口电压；5表示发电厂上网主变压器，R_L表示线路等效电阻，X_L表示线路等效电抗，C₀表示串联补偿装置，X_g表示无穷大电网等效阻抗，6表示电网。其中，如图1所示，同步发电机3的出口连接在发电厂上网主变压器5的低压侧，而发电厂上网主变压器5的高压侧经线路接入电网6中；抑制次同步振荡装置1的出口连接接在隔离变压器2的低压侧，而隔离变压器2的高压侧连接在发电厂上网主变压器5的低压侧母线上。

图2是采用了本发明提出的次同步振荡抑制方法的次同步抑制装置简化的结构示意图，其主要由三部分组成：11表示其硬件回路，并且与传统STATCOM结构相似，主要由直流母线电容C₁，全控型开关T₁～T₆，滤波器电感L₂，滤波器电阻R₂，滤波器电容C₂，装置端口电流测量装置111，装置端口电压测量装置112组成；12表示其控制模块，主要包括次同步抑制器121，直流母线电压控制器122，有功电流控制器123，无功电流控制器124，矢量合成模块125和SVPWM调制模块126，其中次同步抑制器121产生无功电流基准值i_qref，进而通过调节无功电流来产生正阻尼；直流母线电压控制器122通过调节直流母线电压产生有功电流基准值i_dref；有功电流控制器123将有功电流基准值i_dref与电流有功分量i_d做差比较进而对装置输出有功电流进行控制；无功电流控制器124将无功电流基准值i_qref与电流无功分量i_q做差比较进而对装置输出无功电流进行控制；矢量合成模块125将有功电流控制器和无功电流控制器得到的内电势矢量进行合成；SVPWM调制模块126将前端控制回路得到的内电势信号进一步装换成开关器件的开通、关断触发信号；13表示装置的信号检测模块，主要包括第一锁相环131、第二锁相环132和坐标变换器133，其中第一锁相环131通过对同步机端口三相电压锁相带来的误差进而得到锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；第二锁相环132通过对装置端口三相电压锁相得到装置端口电压相角θ_{sys_PCC}。

具体实施步骤如下：

(1)用一组三个电压传感器4采集得到同步机端口三相交流电压V_SG，一组三个电压传感器112采集得到装置端口三相交流电压V_PCC，一组三个电流霍尔传感器111采集装置端口三相交流电流I_PCC，将V_PCC经过锁相环132获得装置端口电压相角θ_{sys_PCC}，将V_SG经过锁相环131获得锁相误差信号Δθ_{sub_SG}，将I_PCC和θ_{sys_PCC}经过坐标变换133得到电流有功分量i_d、电流无功分量i_q，作为有功电流控制器123和无功电流控制器124的反馈值；其中锁相环131和132结构相同，只不过为了使抑制效果更为明显，131将取同步机端口三相电压来获得锁相误差信号Δθ_{sub_SG}。

(2)将直流母线电压控制器122得到的有功电流基准值i_dref与反馈得到的装置端口电流有功分量i_d通过有功电流控制器123对装置实际输出的有功电流进行控制；将通过次同步抑制器121得到的无功电流基准值i_qref与反馈得到的装置端口电流无功分量i_q通过无功电流控制器124对装置实际输出的无功电流进行控制。

(3)将(2)中有功电流、无功电流控制回路分别获得的电势E_d、E_q和锁相环得到的装置端口电压相位角θ_{sys_PCC}经过矢量合成125得到调制所需的三相交流励磁电压幅值E_abc和相位角φ_abc，并经过空间矢量调制(SVPWM)模块126或其他调制方式产生控制全控型开关的开关信号控制开关管的通断，使其输出相应的电压、电流，其中，调制部分未在图中给出。

图3是本发明利用锁相环误差检测次同步振荡原理图。由电压传感器4采得同步机端口三相交流电压V_SG经过第一坐标变换器1311、第二坐标变换器1312得到锁相误差信号Δθ_{sub_SG}，将锁相误差信号Δθ_{sub_SG}通过第一PI控制器1313得到转速信号转速信号通过第一积分器1314得到同步机端口电压相角θ_{sub_SG}，该电压相角需送至第二坐标变换器1312中以实现同步机电压的坐标变换。传统方法往往采用光码盘或磁链测量装置检测同步机转速偏差信号来检测次同步振荡，存在着一定误差和时延。而次同步振荡一旦发生，同步机端口电压便立刻包含次同步分量，通过本发明提出的锁相环能够快速识别当前系统的次同步振荡模态，不必像传统方法一样需进行模态识别。

图4是本发明利用锁相环获取装置端口电压及相角原理图。由电压传感器112采得装置端口三相交流电压V_PCC经过第三坐标变换器1321、第四坐标变换器1322得到端口电压有功分量V_d、端口电压无功分量V_q，将电压无功分量V_q通过第二PI控制器1323得到转速信号再将该转速信号通过第二积分器1324得到装置端口电压相角θ_{sys_PCC}，该相角应送至第四坐标变换器1322及坐标变换器133中，以分别实现装置端口电压及电流的坐标变换。

图5是本发明提出的次同步抑制器原理图。其主要包括相位校正装置1211和比例放大装置1212；其中，相位校正装置1211采用超前-滞后的形式，主要作用为锁相误差信号Δθ_{sub_SG}相位偏移进行校正，而比例放大装置1212主要用来将信号进行一定程度的放大进而产生无功电流基准值i_qref。

图6是装置电流有功和无功分量控制器原理图。其中，将直流母线电压基准值U_dcref与检测到的直流母线电压U_dc相减后经过第三PI控制器1221得到有功电流基准值i_dref，再与检测到的电流有功分量i_d进行比较经过第四PI控制器1231得到该装置的有功电流控制信号E_d；将由次同步抑制器121得到无功电流基准值i_qref，再与检测到是电流无功分量i_q进行比较后经过第五PI控制器1241到该装置的无功电流控制信号E_q。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置，包括三相逆变器(11)；其特征在于，还包括控制模块(12)和信号检测模块(13)；

所述信号检测模块(13)的第一输入端用于接收同步机端口三相交流电压V_SG，第二输入端用于接收装置端口三相交流电压V_PCC，第三输入端用于接收装置端口三相交流电流I_PCC；

所述控制模块(12)的第一输入端连接至所述信号检测模块(13)的第一输出端，所述控制模块(12)的第二输入端接收直流母线电压U_dc，所述控制模块(12)的第三输入端连接至所述信号检测模块(13)的第三输出端，所述控制模块(12)的第四输入端连接至所述信号检测模块(13)的第四输出端，所述控制模块(12)的第五输入端连接至所述信号检测模块(13)的第二输出端；所述控制模块(12)用于根据所述信号检测模块(13)获得的锁相误差信号Δθ_{sub_SG}通过无功电流的控制进而调节电气阻尼大小以实现抑制系统次同步振荡；

所述信号检测模块(13)包括：

第一锁相环(131)，其输入端作为所述信号检测模块(13)的第一输入端，所述第一锁相环(131)用于对所述同步机端口三相电压V_SG进行锁相处理并输出锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；

第二锁相环(132)，其输入端作为所述信号检测模块(13)的第二输入端，所述第二锁相环(132)用于对所述装置端口三相交流电压V_PCC进行锁相处理并输出端口电压相角θ_{sys_PCC}；以及

坐标变换器(133)，其第一输入端作为所述信号检测模块(13)的第三输入端，其第二输入端连接至所述第二锁相环(132)的输出端；所述坐标变换器(133)用于将所述装置端口三相交流电流I_PCC和装置端口电压相角θ_{sys_PCC}进行相角变换并输出电流有功分量i_d和无功分量i_q；

所述控制模块(12)包括次同步抑制器(121)，直流母线电压控制器(122)，有功电流控制器(123)，无功电流控制器(124)，矢量合成模块(125)和SVPWM调制模块(126)；

所述次同步抑制器(121)的输入端作为所述控制模块(12)的第一输入端接收锁相误差信号Δθ_{sub_SG}，所述次同步抑制器(121)根据所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}输出无功电流基准值i_qref；

所述无功电流控制器(124)的第一输入端连接至所述次同步抑制器(121)的输出端，所述无功电流控制器(124)的第二输入端作为所述控制模块(12)的第四输入端接收电流无功分量i_q，所述无功电流控制器(124)根据所述无功电流基准值i_qref和所述电流无功分量i_q获得无功电流控制信号E_q；

所述直流母线电压控制器(122)的第一输入端接收直流母线参考电压U_dcref，所述直流母线电压控制器(122)的第二输入端作为所述控制模块(12)的第二输入端接收直流母线电压U_dc，所述直流母线电压控制器(122)根据所述直流母线参考电压U_dcref和直流母线电压U_dc获得有功电流基准值i_dref；

所述有功电流控制器(123)的第一输入端连接至所述直流母线电压控制器(122)的输出端，第二输入端作为所述控制模块(12)的第三输入端，所述有功电流控制器(123)根据所述有功电流基准值i_dref和电流有功分量i_d获得有功电流控制信号E_d；

所述矢量合成模块(125)的第一输入端连接至有功电流控制器(123)的输出端，所述矢量合成模块(125)的第二输入端连接至所述无功电流控制器(124)的输出端，所述矢量合成模块(125)的第三输入端作为所述控制模块(12)的第五输入端，所述矢量合成模块(125)根据所述有功电流控制信号E_d、所述无功电流控制信号E_q和端口电压相角θ_{sys_PCC}输出调制三相内电势E_abc和调制内电势相角φ_abc；

所述SVPWM调制模块(126)的输入端连接至所述矢量合成模块(125)的输出端，SVPWM调制模块(126)用于对调制三相内电势E_abc和调制内电势相角φ_abc进行空间矢量调制并输出开关控制信号。

2.如权利要求1所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述次同步抑制器(121)包括：

相位校正装置(1211)，其输入端作为所述次同步抑制器的输入端，所述相位校正装置(1211)用于对所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}进行相位校正并输出相位准确的锁相误差信号以及

比例放大装置(1212)，其输入端连接至所述相位校正装置(1211)的输出端，所述比例放大装置(1212)用于将所述相位准确的相位准确的锁相误差信号进行比例放大后输出无功电流基准值i_qref。

3.如权利要求1所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述第一锁相环(131)包括第一坐标变换器(1311)，第二坐标变换器(1312)，第一PI控制器(1313)、第一积分器(1314)；

所述第一坐标变换器(1311)的输入端作为所述第一锁相环(131)的输入端，用于对所述同步机端口三相电压V_SG进行坐标变换并输出同步机端口电压α轴分量V_{α_SG}和同步机端口电压β轴分量V_{β_SG}；

所述第二坐标变换器(1312)的第一输入端连接至所述第一坐标变换器(1311)的第一输出端，所述第二坐标变换器(1312)的第二输入端连接至所述第一坐标变换器(1311)的第二输出端，所述第二坐标变换器(1312)的第三输入端连接至所述第一积分器(1314)的输出端，用于将所述同步机端口电压α轴分量V_{α_SG}、所述同步机端口电压β轴分量V_{β_SG}和同步机端口电压相角θ_{sub_SG}进行坐标变换并输出锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；

所述第一PI控制器(1313)的输入端连接至所述第二坐标变换器(1312)的输出端，用于对所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}进行比例积分控制并输出转速信号

所述第一积分器(1314)的输入端连接至所述第一PI控制器(1313)的输出端，用于对所述转速信号进行积分并输出同步机端口电压相角θ_{sub_SG}。

4.如权利要求1所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述第二锁相环(132)包括第三坐标变换器(1321)，第四坐标变换器(1322)，第二PI控制器(1323)和第二积分器(1324)；

所述第三坐标变换器(1321)的输入端作为所述第二锁相环(131)的输入端，用于对所述端口三相电压V_PCC进行坐标变换并输出端口电压α轴分量V_{α_PCC}和端口电压β轴分量V_{β_PCC}；

所述第四坐标变换器(1322)的第一输入端连接至所述第三坐标变换器(1321)的第一输出端，所述第四坐标变换器(1322)的第二输入端连接至所述第三坐标变换器(1321)的第二输出端，所述第四坐标变换器(1322)的第三输入端连接至所述第二积分器(1324)的输出端，用于对端口电压α轴分量V_{α_PCC}、端口电压β轴分量V_{β_PCC}和端口电压相角θ_{sys_PCC}进行坐标变换并输出端口电压无功分量V_q；

所述第二PI控制器(1323)的输入端连接至所述第四坐标变换器(1322)的输出端，用于对所述端口电压无功分量V_q进行比例积分控制并输出并网点转速信号

所述第二积分器(1324)的输入端连接至所述第二PI控制器(1323)的输出端，用于对所述并网点转速信号进行积分并输出端口电压相角θ_{sys_PCC}。

5.一种基于权利要求1所述的次同步振荡抑制装置的次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)采集同步机端口三相交流电压V_SG、装置端口三相交流电压V_PCC和装置端口三相交流电流I_PCC；

(2)对所述装置端口三相交流电压V_PCC进行锁相处理，获得电压相角θ_{sys_PCC}；对所述同步机端口三相交流电压V_SG进行锁相处理，获得锁相误差信号Δθ_{sub_SG}；对所述装置端口三相交流电流I_PCC和所述电压相角θ_{sys_PCC}进行坐标变换，获得电流有功分量i_d和电流无功分量i_q；

(3)根据直流母线参考电压U_dcref和直流母线电压U_dc获得有功电流基准值i_dref，并根据有功电流基准值i_dref和所述电流有功分量i_d获得有功电流控制信号E_d；

根据所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}获得无功电流基准值i_qref，并根据无功电流基准值i_qref和所述电流无功分量i_q获得无功电流控制信号E_q；

(4)对所述无功电流控制信号E_q、所述有功电流控制信号E_d和所述电压相角θ_{sys_PCC}进行矢量合成，获得三相交流励磁电压幅值E_abc和相位角φ_abc；

(5)对三相交流励磁电压幅值E_abc和相位角φ_abc进行空间矢量调制后获得开关控制信号，并对静止同步补偿器中的开关进行开断控制，以实现抑制系统次同步振荡。

6.如权利要求5所述的次同步振荡抑制方法，其特征在于，在步骤(2)中通过锁相环获得所述锁相误差信号Δθ_{sub_SG}。