CN105071416B - 一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网技术领域，公开了一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置及方法，所述装置包括：测速器，其连接发电机组，用于检测发电机组的转速信号；控制器，其连接所述测速器，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令；次同步振荡抑制器，其连接所述控制器，用于在所述控制器的驱动下生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组与电网，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。本发明解决了次同步振荡抑制中易产生电网闪变的问题。

Description

一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置及方法

技术领域

本发明涉及电网技术领域，具体地，涉及一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置及方法。

背景技术

随着电力系统的发展，超高压、远距离输电线路和大容量发电机组开始投入运行，为了提高电力系统稳定性和输电能力而采取的线路串联电容补偿和直流输电等措施也开始被广泛应用。但是，除了伴随而来的巨大经济效益外，这些设备和措施也给电力系统的安全稳定运行带来了影响，其中最为突出的一个影响就是随之而来的电力系统次同步振荡问题。为解决次同步振荡问题，本领域技术人员提出了许多抑制次同步振荡的方法，如在交流输电线路中采用了FSC+TCSC、在HVDC控制器中增设SSDC、在发电机组中投入SVC、SVG等设备等等。从这些方法的实际应用来看，目前，在发电机组中投入SVG作为SSO-DS装置来抑制次同步振荡效果最为显著。

但是在投入SVG作为SSO-DS装置来抑制次同步振荡的抑制过程中又引发了新的问题——电网闪变。电网闪变会给电网的运行和效率带来不良的影响，同时也会对接在该公用电网中的其他用电设备带来一些不良的影响甚至危害，从而影响供电安全。

因此，研究针对电网闪变问题的次同步振荡抑制具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置及方法，用于解决次同步振荡抑制中易产生电网闪变的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置，包括：测速器，其连接发电机组，用于检测发电机组的转速信号；控制器，其连接所述测速器，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令；次同步振荡抑制器，其连接所述控制器，用于在所述控制器的驱动下生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组与电网，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。

本发明的技术方案还提供了一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制方法，包括：检测发电机组的转速信号；将检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令；次同步振荡抑制器接收有功电流指令和无功电流指令，生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组与电网，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明有效解决了因抑制次同步振荡而带来的电网闪变问题，通过有功电流、无功电流的协同控制提高了抑制次同步振荡装置的抑制效果及控制的灵活性，并在抑制次同步振荡的同时提高了电能质量水平，大大提高了公共电网的其他用电设备的使用寿命及用电安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的实施方式中次同步振荡抑制装置的结构示意图。

图2是本发明的实施方式中链式SVG的结构示意图。

图3是本发明的实施方式中电流指令生成单元的控制框图。

图4是本发明的实施方式中模态滤波器的结构示意图。

图5是本发明的实施方式中主控单元的控制框图。

图6是本发明的实施方式中抑制电网闪变的次同步振荡抑制方法的流程示意。

附图标记说明

101、测速器；102、发电机组；103、控制器；104、次同步振荡抑制器；105、电网。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，在电力系统中，发电机组102通过变压器及输电线路向电网105输送电能，为降低输电线路的传输损耗，目前常采用增加串补的方法来提高输电线路的输送能力。但是，这种增加串补的方法也可能引发次同步振荡问题，使发电机组以低于同步频率的振荡频率运行，严重影响电力系统的安全性，因此电厂使用了很多抑制次同步振荡的装置。

但是，常用的抑制次同步振荡的装置往往在抑制次同步振荡的同时，会产生过大的无功波动，而无功波动会引起电网电压波动，从而引起电网闪变。因此，除了抑制次同步振荡外，还应该考虑如何避免电网闪变。

本实施方式即给出了一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置，如图1所示，包括：测速器101，其连接发电机组102，用于检测发电机组的转速信号w；控制器103，其连接所述测速器101，用于将所述测速器101检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令；次同步振荡抑制器104，其连接所述控制器103，用于在所述控制器103的驱动下生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组102与电网105，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。其中，参考图1，所述次同步振荡抑制器104通过变压器将有功电流和无功电流注入到发电机组102与电网105。

对于次同步振荡抑制器，也可采用现有技术中通用的次同步振荡抑制装置。如图2所示，在本实施方式中，所述次同步振荡抑制器优选采用电压源换流器型次同步振荡抑制装置(SSO-DS)，该SSO-DS又优选采用Y接链式SVG，该链式SVG配合三相三线制电网，且链式SVG的每相串联若干个H桥结构的功率单元(如图中虚线框所示)，所述功率单元包括四只反并联的开关器件IGBT或IEGT，与开关器件并联的二极管则用于整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。本实施方式中的链式SVG是由单项功率单元串联到一定电压等级，三相Y接后通过变压器并联于电网的，该链式SVG的工作原理为：将桥式电路通过变压器并联在电网上，通过控制开关器件的通断，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位或直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出现满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。下文中，均以链式SVG为例，说明抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置的工作原理及实施过程。

本实施例中，所述控制器103包括：信号处理单元，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令；以及主控单元，用于根据所述有功电流指令和无功电流指令，计算出驱动所述次同步振荡抑制器所需的控制脉冲，并通过该控制脉冲驱动所述次同步振荡抑制器。此外，除这两个控制单元外，所述控制器还可以配置有通讯板、扩展板、AD板、IO板、脉冲板等。

其中，对于信息处理单元，在本实施方式中，所述信号处理单元包括：转速信号处理单元，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号；以及电流指令生成单元，用于对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令。

本实施方式中，所述测速器可采用现有技术中常用的电机转速测量设备，测量的转速信号能反映发电机组轴系扭振，基于该转速信号，采用适当的控制策略即可调节链式SVG的交流侧输出电流。测量得到转速信号后，同时可获得转速信号中相应分量对应的同步角速度，再根据转速和同步角速度得到仅包含次同步频率分量的模态分量。因此，本实施方式可通过控制器对转速偏差信号进行模态滤波来得到与计算有功电流指令和无功电流指令相关的模态分量。如图3所示，所述电流指令生成单元又包括：模态滤波器，用于对所述转速偏差信号Δω进行滤波，只输出与计算有功电流指令和无功电流指令相关的模态分量；第一比例移相器，其连接所述模态滤波器，用于对与有功电流指令的模态分量进行比例计算和移相，以得到相应的有功电流指令Id_ref；以及第二比例移相器，其连接所述模态滤波器，用于对与无功电流指令的模态分量进行比例计算和移相，以得到相应的无功电流指令Iq_ref。

此外，还可以对应设置放大模块、运算模块等，以进一步优化得到的电流指令。需注意的是，对于两个比例移相器，可通过调整各自的增益来降低电网闪变。

其中，关于模态滤波器的设计，现有技术中有很多相关的设计方案。如图4所示，本实施方式所述模态滤波器包括依次连接的低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，即本实施方式的模态滤波器通过低通滤波器，滤除转速偏差信号中的高频噪声；通过高通滤波器，滤除转速偏差信号中的低频分量；通过带通滤波器和带阻滤波器，滤除不需要的频率模态分量，只保留与计算有功电流指令和无功电流指令相关的模态分量。需要说明的是，低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器没有先后的顺序关系，也可以改变顺序执行滤波，而各滤波器的截止频率等参数的设置，可根据实际需要进行配置。

本实施方式的模态滤波器结构较为简单，易于进行参数配置，通过模态滤波器得到相关模态分量后，再将得到的模态分量送入相应的比例移相器中进行处理。

其中，对于所述主控单元，在本实施方式中，主控单元的主要功能是根据所述有功电流指令Id_ref和无功电流指令Iq_ref，计算出驱动所述次同步振荡抑制器所需的控制脉冲，该控制脉冲的计算方法可采用现有技术中常用的PWM技术，获得PWM调制波作为控制脉冲，以驱动次同步振荡抑制器。如图5所示，给出了本实施方式的主控单元的控制框图，本实施方式中对SVG各相的各功率单元的直流侧电压值Vdc_A1至Vdc_Cn求和并取平均值，得到Vdc_ave，再求得该Vdc_ave与直流侧电压参考值Vdc_ref的偏差信号ΔVdc，对该偏差信号ΔVdc进行PI控制，得到无功分量Id，将该得到的无功分量加入到无功电流指令Iq_ref。将无功电流指令Iq_ref和有功电流指令Id_ref与SVG的反馈电流Iq_Fbk、Id_Fbk比较，将比较结果得到的偏差值送入各自对应的PI调节器，分别得到Uq_ref、Ud_ref两个分量，再向Uq_ref、Ud_ref分别加入电网前馈Usq、Usd，经过克拉克变换生成三相调制波信号，该三相调制波信息进入PWM单元，产生控制脉冲，控制SVG发出反馈电流Iq_Fbk、Id_Fbk，该反馈电流即为无功电流Iq_Fbk、有功电流Id_Fbk。

最后，SVG发出的无功电流Iq_Fbk、有功电流Id_Fbk经变压器注入发电机定子影响发电机组的转速，相对于现有技术中发出大量的无功来进行抑制的方案，本实施方式通过有功的方式进行控制，达到同时抑制发电机组次同步振荡及电网闪变的目的。

如图6所示，对应上述图1所示的装置，本实施方式还给出了一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制方法，包括：检测发电机组的转速信号；将检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令；次同步振荡抑制器接收有功电流指令和无功电流指令，生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组与电网，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。

其中，所述对转速偏差信号依次进行模态滤波和比例移相，以生成有功电流指令和无功电流指令，包括：对所述转速偏差信号进行滤波，只输出与计算有功电流指令和无功电流指令相关的模态分量；对与有功电流指令的模态分量进行比例计算和移相，以得到相应的有功电流指令；以及对与无功电流指令的模态分量进行比例计算和移相，以得到相应的无功电流指令。

此外，该次同步振荡抑制方法还包括：根据所述有功电流指令和无功电流指令，计算出驱动所述次同步振荡抑制器所需的控制脉冲，并通过该控制脉冲驱动所述次同步振荡抑制器生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流。

该方法的具体实施过程与上述的次同步振荡抑制装置相一致，这里不再累述。

综上所述，本实施方式有效解决了因抑制次同步振荡而带来的电网闪变问题，通过有功电流、无功电流的协同控制提高了抑制次同步振荡装置的抑制效果及控制的灵活性，并在抑制次同步振荡的同时提高了电能质量水平，大大提高了公共电网的其他用电设备的使用寿命及用电安全。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制装置，其特征在于，包括：

测速器，其连接发电机组，用于检测发电机组的转速信号；

控制器，其连接所述测速器，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号进行模态滤波以获得与计算有功电流指令和无功电流指令有关的模态分量，并分别对与计算有功电流指令有关模态分量和与计算无功电流指令有关的模态分量进行比例移相，以生成对应的有功电流指令和无功电流指令；

次同步振荡抑制器，其连接所述控制器，用于在所述控制器的驱动下生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组与电网，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。

2.根据权利要求1所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述次同步振荡抑制器通过变压器将有功电流和无功电流注入到发电机组与电网。

3.根据权利要求1所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述次同步振荡抑制器为电压源换流器型次同步振荡抑制装置SSO-DS，该SSO-DS采用Y接链式SVG结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述控制器包括：

信号处理单元，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号进行模态滤波以获得与计算有功电流指令和无功电流指令有关的模态分量，并分别对与计算有功电流指令有关模态分量和与计算无功电流指令有关的模态分量进行比例移相，以生成对应的有功电流指令和无功电流指令；以及

主控单元，用于根据所述有功电流指令和无功电流指令，计算出驱动所述次同步振荡抑制器所需的控制脉冲，并通过该控制脉冲驱动所述次同步振荡抑制器。

5.根据权利要求4所述的次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述信号处理单元包括：

转速信号处理单元，用于将所述测速器检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号；以及

电流指令生成单元，用于对转速偏差信号依次进行模态滤波以获得与计算有功电流指令和无功电流指令有关的模态分量，并分别对与计算有功电流指令有关模态分量和与计算无功电流指令有关的模态分量进行比例移相，以生成对应的有功电流指令和无功电流指令。

6.一种抑制电网闪变的次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括：

检测发电机组的转速信号；

将检测的转速信号与标准转速信号相比较，获得发电机组的转速偏差信号，并对转速偏差信号进行模态滤波以获得与计算有功电流指令和无功电流指令有关的模态分量，并分别对与计算有功电流指令有关模态分量和与计算无功电流指令有关的模态分量进行比例移相，以生成对应的有功电流指令和无功电流指令；

次同步振荡抑制器接收有功电流指令和无功电流指令，生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流，并将该有功电流和无功电流注入到发电机组与电网，以通过无功电流抑制次同步振荡，并通过有功电流抑制电网闪变。

7.根据权利要求6所述的抑制电网闪变的次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述对转速偏差信号依次进行模态滤波以获得与计算有功电流指令和无功电流指令有关的模态分量，并分别对与计算有功电流指令有关模态分量和与计算无功电流指令有关的模态分量进行比例移相，以生成对应的有功电流指令和无功电流指令，包括：

对所述转速偏差信号进行滤波，只输出与计算有功电流指令和无功电流指令相关的模态分量；

对与有功电流指令的模态分量进行比例计算和移相，以得到相应的有功电流指令；以及

对与无功电流指令的模态分量进行比例计算和移相，以得到相应的无功电流指令。

8.根据权利要求6或7所述的抑制电网闪变的次同步振荡抑制方法，其特征在于，还包括：

根据所述有功电流指令和无功电流指令，计算出驱动所述次同步振荡抑制器所需的控制脉冲，并通过该控制脉冲驱动所述次同步振荡抑制器生成与有功电流指令和无功电流指令相对应的有功电流和无功电流。