CN105024388A - 一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法 - Google Patents

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罗超
张剑
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Abstract

本发明公开了电力系统稳定与控制领域中的一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法。该方法提取发电机转速偏差信号中的次同步模态信号、全控型逆变器的直流电容的电压偏差量，经阻尼电流控制环节和直流电压电压控制环节得到用于抑制次同步振荡的次同步或超同步阻尼电流指令信号和维持全控型逆变器直流电压稳定的基波有功电流指令信号；通过PWM控制使全控型逆变器输出电流跟踪上述电流指令信号，注入到发电机组中，产生阻尼次同步振荡的电磁转矩，从而达到抑制次同步振荡的目的。本发明响应速度快，逆变器输出电流利用率高，同时可以兼顾多个次同步扭振模态，提高系统次同步稳定性，降低大型发电机的轴系扭振疲劳损伤。

Description

一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法
技术领域
本发明属于电力系统稳定与控制领域，尤其涉及一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法。
背景技术
固定串联电容补偿（FSC）及高压直流输电（HVDC）是提高电力系统输送能力及稳定性的经济有效措施。然而，固定串联电容补偿会引起发电机组的次同步谐振（SSR），HVDC又会与距离其较近的发电机组发生相互激励，产生次同步振荡（SSO），这两种现象都有可能导致发电机组的轴系疲劳，甚至可能引起轴系断裂。在我国，大容量、远距离、跨区域输电已经成为电力系统发展的必然趋势。随着输电线路串联电容补偿器的投运数量增多，我国的次同步振荡问题也变得突出起来，特别是大功率高电压直流输电在集中式火电和规模化风电电力输送中的广泛应用，其具有的高速功率控制功能与快速调节特性在提高输电能力及其灵活性的同时，也引起了交直流系统中的扭振相互作用，同样导致系统在次同步频率下的电磁振荡，甚至危害到发电机组轴系的安全运行。
在次同步振荡抑制方面，国内外学者相继提出了一些抑制方法，如阻塞滤波器、附加励磁阻尼控制、直流附加阻尼控制、静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）等。已有技术中最有效的方法之一是基于STATCOM的阻尼控制方法，其基本原理是通过合适的阻尼控制策略向发电机中注入与发电机模态频率互补的次同步和超同步电流，产生次同步阻尼转矩，提高电气阻尼，从而抑制次同步振荡。然而，已有的次同步阻尼控制策略并没有考虑实际系统对次同步电流和超同步电流不同的分流作用，使STATCOM的输出次同步电流和超同步电流基本相等，导致STATCOM输出的次同步或超同步电流的利用率降低，同样容量下降低了STATCOM的抑制能力。例如，当注入发电机的次同步电流远大于超同步电流产生时，应该使STATCOM只输出次同步电流，这样可以有效提高STATCOM的抑制能力。
发明内容
为了更加有效的抑制多模态次同步振荡，同时提高装置输出电流利用率，本发明提出了一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法。
一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法，其特征在于：
步骤1：采集发电机的转速偏差信号Δω；
步骤2：转速偏差信号经模态滤波器提取出各模态信号Δωi，具体包括：
所述转速偏差信号Δω经模态1滤波器得到模态1信号Δω1；所述转速偏差Δω信号经模态2滤波器得到模态2信号Δω2…所述转速偏差信号Δω经模态N滤波器得到模态N信号ΔωN；
步骤3：所述模态信号Δωi经比例移相器得到各模态控制信号Δωmodi，具体包括：
所述模态1信号Δω1经比例移相器1得到模态1控制信号Δωmod1；所述模态2信号Δω2经比例移相器2得到模态2控制信号Δωmod2…所述模态N信号ΔωN经模态N滤波器得到模态N控制信号ΔωmodN；
步骤4：所述模态控制信号Δωmodi（i=1,2…N）移相90度，得到正交的模态的模态控制信号                                                （i=1,2…N）;
步骤5：采集逆变器接入点系统侧abc三相电压值，经锁相环PLL得到a相基波电压的同步相角ωt及a相同步信号sinωt，依次滞后120。，分别得到bc相基波电压的同步相角ωt-120。、ωt-240。及其同步信号sin(ωt-120。)、sin(ωt-240。)；
步骤6：所述abc相同步相角经加上可调相位（i=1,2…N）并分别取正弦和余弦，得到模态i的同步正弦调制信号和同步余弦调制信号，具体包括：
模态i（i=1,2…N）的a相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
模态i（i=1,2…N）的b相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
模态i（i=1,2…N）的c相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
步骤8：根据所述模态控制信号Δωmodi、所述正交的模态控制信号、所述模态i的同步正弦调制信号和同步余弦调制信号，计算出模态i的abc三相阻尼电流（i=1,2…N），具体包括：
情形1：模态i的a相阻尼电流；模态i的b相阻尼电流；模态i的c相阻尼电流；
情形2：模态i的a相阻尼电流；模态i的b相阻尼电流；模态i的c相阻尼电流；
步骤9：所述abc三相下的各模态阻尼电流（i=1,2…N）求和，得到abc各相的总阻尼电流，具体包括：
a相的总阻尼电流；b相的总阻尼电流；c相的总阻尼电流；
步骤10：采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量，经低通滤波器、比例积分环节得到基波有功电流峰值，该峰值分别乘以所述abc各相基波电压的同步信号，即得到维持逆变器直流电压稳定的abc各相基波有功电流补偿信号，具体包括：
 a相基波有功电流补偿信号；b相基波有功电流补偿信号；c相基波有功电流补偿信号；
步骤11：所述abc各相总阻尼电流指令信号和所述abc各相基波有功电流补偿信号之和作为总电流参考值；
步骤12：所述总电流参考值与逆变器的输出电流经PWM控制产生驱动信号控制全控型逆变器，使逆变器的输出电流跟踪总电流参考值，进而产生抑制次同步振荡和维持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。所述全控型逆变器的主拓扑结构包括三相两电平结构、多重化结构、多电平结构、H桥级联结构和MMC结构。
本发明响应速度快，逆变器输出电流利用率高，同时可以兼顾多个次同步扭振模态，能够有效抑制各种原因引起的次同步振荡，提高系统次同步稳定性，降低大型发电机的轴系扭振疲劳损伤。
附图说明
    图1为基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法的控制框图；
图2为基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法用于同步发电机的具体实施示意图；
图3为模态信号提取环节的具体实施方式；
图4为阻尼电流控制环节的具体实施方式；
图5为直流电压控制环节的具体实施方式。
具体实施方式
下面结合附图，对进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
附图2是基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法用于同步发电机的具体实施示意图，该方法提取发电机转速偏差信号中的次同步模态信号、全控型逆变器的直流电容的电压偏差量，经阻尼电流控制环节和直流电压电压控制环节得到用于抑制次同步振荡的次同步或超同步阻尼电流指令信号和维持全控型逆变器直流电压稳定的基波有功电流指令信号，附图3为模态信号提取环节的具体实施方式，图4为阻尼电流控制环节的具体实施方式，图5为直流电压控制环节的具体实施方式；通过PWM控制使全控型逆变器输出电流跟踪上述电流指令信号，注入到发电机组中，产生阻尼次同步振荡的电磁转矩，从而达到抑制次同步振荡的目的。具体实施方式如下：
步骤1：采集发电机的转速偏差信号Δω；
步骤2：转速偏差信号经模态滤波器提取出各模态信号Δωi，具体包括：
所述转速偏差信号Δω经模态1滤波器得到模态1信号Δω1；所述转速偏差Δω信号经模态2滤波器得到模态2信号Δω2…所述转速偏差信号Δω经模态N滤波器得到模态N信号ΔωN；
步骤3：所述模态信号Δωi经比例移相器得到各模态控制信号Δωmodi，具体包括：
所述模态1信号Δω1经比例移相器1得到模态1控制信号Δωmod1；所述模态2信号Δω2经比例移相器2得到模态2控制信号Δωmod2…所述模态N信号ΔωN经模态N滤波器得到模态N控制信号ΔωmodN；
步骤4：所述模态控制信号Δωmodi（i=1,2…N）移相90度，得到正交的模态的模态控制信号（i=1,2…N）;
步骤5：采集逆变器接入点系统侧abc三相电压值，经锁相环PLL得到a相基波电压的同步相角ωt及a相同步信号sinωt，依次滞后120度，分别得到bc相基波电压的同步相角ωt-120、ωt-240及其同步信号sin(ωt-120)、sin(ωt-240)；
步骤6：所述abc相同步相角经加上可调相位（i=1,2…N）并分别取正弦和余弦，得到模态i的同步正弦调制信号和同步余弦调制信号，具体包括：
模态i（i=1,2…N）的a相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
模态i（i=1,2…N）的b相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
模态i（i=1,2…N）的c相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
步骤8：根据所述模态控制信号Δωmodi、所述正交的模态控制信号、所述模态i的同步正弦调制信号和同步余弦调制信号，计算出模态i的abc三相阻尼电流（i=1,2…N），具体包括：
情形1：模态i的a相阻尼电流；模态i的b相阻尼电流；模态i的c相阻尼电流；
情形2：模态i的a相阻尼电流；模态i的b相阻尼电流；模态i的c相阻尼电流；
步骤9：所述abc三相下的各模态阻尼电流（i=1,2…N）求和，得到abc各相的总阻尼电流，具体包括：
a相的总阻尼电流；b相的总阻尼电流；c相的总阻尼电流；
步骤10：采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量，经低通滤波器、比例积分环节得到基波有功电流峰值，该峰值分别乘以所述abc各相基波电压的同步信号，即得到维持逆变器直流电压稳定的abc各相基波有功电流补偿信号，具体包括：
 a相基波有功电流补偿信号；b相基波有功电流补偿信号；c相基波有功电流补偿信号；
步骤11：所述abc各相总阻尼电流指令信号和所述abc各相基波有功电流补偿信号之和作为总电流参考值；
步骤12：所述总电流参考值与逆变器的输出电流经PWM控制产生驱动信号控制全控型逆变器，使逆变器的输出电流跟踪总电流参考值，进而产生抑制次同步振荡和维持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法，其特征在于：
步骤1：采集发电机的转速偏差信号Δω；
步骤2：转速偏差信号经模态滤波器提取出各模态信号Δωi，具体包括：
所述转速偏差信号Δω经模态1滤波器得到模态1信号Δω1；所述转速偏差Δω信号经模态2滤波器得到模态2信号Δω2…所述转速偏差信号Δω经模态N滤波器得到模态N信号ΔωN；
步骤3：所述模态信号Δωi经比例移相器得到各模态控制信号Δωmodi，具体包括：
所述模态1信号Δω1经比例移相器1得到模态1控制信号Δωmod1；所述模态2信号Δω2经比例移相器2得到模态2控制信号Δωmod2…所述模态N信号ΔωN经模态N滤波器得到模态N控制信号ΔωmodN；
步骤4：所述模态控制信号Δωmodi（i=1,2…N）移相90度，得到正交的模态的模态控制信号                                                （i=1,2…N）;
步骤5：采集逆变器接入点系统侧abc三相电压值，经锁相环PLL得到a相基波电压的同步相角ωt及a相同步信号sinωt，依次滞后120度，分别得到bc相基波电压的同步相角ωt-120度、ωt-240度及其同步信号sin(ωt-120)、sin(ωt-240)；
步骤6：所述abc相同步相角经加上可调相位（i=1,2…N）并分别取正弦和余弦，得到模态i的同步正弦调制信号和同步余弦调制信号，具体包括：
模态i（i=1,2…N）的a相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
模态i（i=1,2…N）的b相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
模态i（i=1,2…N）的c相同步正弦调制信号，余弦调制信号；
步骤8：根据所述模态控制信号Δωmodi、所述正交的模态控制信号、所述模态i的同步正弦调制信号和同步余弦调制信号，计算出模态i的abc三相阻尼电流（i=1,2…N），具体包括：
情形1：模态i的a相阻尼电流；模态i的b相阻尼电流；模态i的c相阻尼电流；
情形2：模态i的a相阻尼电流；模态i的b相阻尼电流；模态i的c相阻尼电流；
步骤9：所述abc三相下的各模态阻尼电流（i=1,2…N）求和，得到abc各相的总阻尼电流，具体包括：
a相的总阻尼电流；b相的总阻尼电流；c相的总阻尼电流；
步骤10：采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量，经低通滤波器、比例积分环节得到基波有功电流峰值，该峰值分别乘以所述abc各相基波电压的同步信号，即得到维持逆变器直流电压稳定的abc各相基波有功电流补偿信号，具体包括：
 a相基波有功电流补偿信号；b相基波有功电流补偿信号；c相基波有功电流补偿信号；
步骤11：所述abc各相总阻尼电流指令信号和所述abc各相基波有功电流补偿信号之和作为总电流参考值；
步骤12：所述总电流参考值与逆变器的输出电流经PWM控制产生驱动信号控制全控型逆变器，使逆变器的输出电流跟踪总电流参考值，进而产生抑制次同步振荡和维持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。
2.根据权利要求1所述的一种基于模态阻尼电流注入的次同步振荡抑制方法，其特征是所述全控型逆变器的主拓扑结构包括三相两电平结构、多重化结构、多电平结构、H桥级联结构和MMC结构。
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