CN106099950A - 一种减小次同步振荡负阻尼的hvdc电流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其步骤：根据实际参数构建待研系统的电磁暂态仿真模型，在正常运行情况下和故障情况下，测量HVDC在待研火电机组轴系次同步频率上产生的电气阻尼De；确定需要限制小偏差直流电流波动的范围；在HVDC整流侧电流控制环节中偏差量之后接入小偏差输出限制环节，改变电流控制器小偏差范围的调节特性。本发明对实际机组轴系参数依赖程度小，能有效解决大型火电机组经HVDC送出的次同步振荡问题，可以在电力系统控制技术领域中广泛应用。

Description

一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统控制技术领域，特别是关于一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法。
背景技术
大型火电机组经高压直流输电系统远距离送出可能出现次同步振荡(Subsynchronous Oscillation，SSO)问题，这种SSO通常是由HVDC整流侧控制环节引起的火电机组的某一轴系扭振模态呈现负的阻尼所造成。由于我国直流输电系统的广泛建设，已在多个与火电配套的直流工程整流侧中出现了类似的问题，引起了电力工程师以及相关学者的广泛关注。学者们提出了一系列分析和抑制HVDC引起火电机组次同步振荡的方法。其中，除在发电机端采用SVC、STACOM等抑制手段外，在高压直流控制系统中也可以附加次同步振荡阻尼控制器(SSDC)对次同步振荡进行抑制，其从整流侧换流母线电压中提取次同步频率分量，并将其作为反馈控制信号在HVDC整流侧的直流功率/直流电流中附加控制环节，通过调节直流电流指令或触发角来提高直流系统在次同步频率下的电气阻尼。但次同步频率分量在整流侧换流母线电压中的含量相对较小，在实际工程应用中对其提取较为困难，附加阻尼控制器输出很小或几乎没有输出，因此抑制效果不佳。
此外，SSDC对次同步振荡的抑制主要依赖于其控制环节中补偿相位的校正，因此需要进行大量的发电机轴系参数现场测试及交直流系统时域次同步振荡电磁暂态离线仿真，实施不便，工作量大。因此，需要针对HVDC引起的大型火电机组的次同步振荡提出一种更加简便有效、对实际机组轴系参数依赖程度小、便于工程实施和应用的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，该方法简便有效、对实际机组轴系参数依赖程度小，能有效解决大型火电机组经HVDC送出的次同步振荡问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据火电机组轴系实际参数和直流电流控制器控制参数构建待研系统的电磁暂态仿真模型，在正常运行情况下和故障情况下，测量HVDC在待研火电机组轴系次同步频率上产生的电气阻尼De；2)确定需要限制小偏差直流电流波动的范围；3)在HVDC整流侧电流控制环节中偏差量之后接入小偏差输出限制环节，改变电流控制器小偏差范围的调节特性。
所述步骤2)中，限制小偏差直流电流波动的范围的确定是与实际工程中HVDC整流侧电流控制环节中电流控制偏差的影响因素相结合进行确定。
所述步骤2)中，小偏差直流电流波动范围为：根据影响直流电流的控制误差的两个因素，结合减小负阻尼的效果，选取小偏差范围为±4％；直流电压的控制误差为：Id×(1.25％+0.3～0.5％)，该值小于等于2％。
影响直流电流的控制误差的两个因素：一是直流电压的控制误差，另一个为直流电流测量误差。
所述步骤3)中，小偏差输出限制环节为直流电流小偏差输出限制环节，其限制范围是小偏差直流电流限制范围；小偏差输出限制幅度根据电磁暂态仿真模型确定的电流控制器提供次同步振荡负阻尼的严重程度，限制在小偏差最大边界值以下。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明以HVDC整流侧电流控制器快速调节特性与大型火电机组在次同步频率范围内相互作用的机理为依据，通过改变电流控制器在小偏差时的调节特性减小直流在次同步频率范围内提供的负阻尼，物理概念明确，参数获取简便，工程实施简单易行，便于实际应用，可以极低的代价有效解决大型火电机组经HVDC送出的次同步振荡问题。本发明可以在电力系统控制技术领域中广泛应用。
附图说明
图1是本发明中不同的直流电流小偏差输出限幅对次同步电气负阻尼影响对比示意图；
图2是本发明的电流偏差的限制范围4％，输出限制25％模态1仿真结果示意图；
图3是本发明的电流偏差的限制范围4％，输出限制50％模态1仿真结果示意图；
图4是本发明的电流偏差的限制范围4％，输出限制75％模态1仿真结果示意图；
图5是典型火电机组经直流送出系统的单线图；
图6是HVDC整流侧电流控制环节的控制框图；
图7a是没有采用抑制措施时发电机轴系的振荡曲线示意图；
图7b是采用本发明方法后发电机轴系的振荡曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
为了更加有效的解决大型火电机组经HVDC送出的次同步振荡问题，本发明提供一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其包括以下步骤：
1)根据火电机组轴系实际参数和直流电流控制器控制参数构建待研系统的电磁暂态仿真模型，在正常运行情况下和故障情况下，测量HVDC在待研火电机组轴系次同步频率上产生的电气阻尼De。
2)结合实际工程中HVDC整流侧电流控制环节中电流控制偏差的影响因素，确定需要限制小偏差直流电流波动的范围；影响因素包括直流电流测量误差、直流电压控制误差、触发角控制误差等。
其中，小偏差直流电流波动范围为：根据影响直流电流的控制误差的两个因素，结合减小负阻尼的效果，本实施例中优选小偏差范围为±4％。
HVDC由整流侧控制直流电流，直流电流Id为：
Id＝PRref/Udmeasured，
式中，PRref为直流功率参考值；Udmeasured为直流电压测量值。
由上式可知，在恒功率控制模式下，直流电流的控制误差受两个因素影响：一是直流电压的控制误差，对于每极单12脉动接线，为一个分接头档位Tap-changer-step×Id；对于每极2个12脉动串联接线，由于分接头档位一致性的要求，该误差为0.5×Tap-changer-step×Id。另一个为直流电流测量误差，即Id×△Imeaurure。其中，Tap-changer-step表示有载调压分接头的档距；△Imeaurure表示直流电流的测量误差。
Tap-changer-step的典型值通常为1.25％，△Imeaurure为0.3～0.5％，因此，电流控制误差为：Id×(1.25％+0.3～0.5％)，该值不会大于2％。考虑对减小负阻尼的效果，本实施例中可以选取小偏差范围为±4％，即[-0.04,0.04]。
3)在HVDC整流侧电流控制环节中偏差量之后接入小偏差输出限制环节，改变电流控制器小偏差范围的调节特性；不同的直流电流小偏差输出限幅对次同步电气负阻尼影响不同，如图1所示。
上述步骤2)中，HVDC整流侧控制环节可以是定功率控制，也可以是定电流控制。
上述步骤3)中，小偏差输出限制环节为直流电流小偏差输出限制环节，其限制范围是步骤2)中确定的小偏差直流电流限制范围；小偏差输出限制幅度根据步骤1)中电磁暂态仿真模型确定的电流控制器提供次同步振荡负阻尼的严重程度，限制在小偏差最大边界值以下。
上述步骤3)中，改变直流电流在小偏差范围内的调节特性，即减小小偏差范围内的电流控制器增益Kp。理论上，如果在小偏差范围内比例环节完全不输出，则一定可以抑制由直流引起的次同步振荡发散，即完全消除负阻尼，但此时直流电流控制精度和速度下降。如果HVDC提供的电气阻尼中负阻尼较大，则可以增大小偏差输出抑制幅度；抑制幅度越大，则抑制效果越好。例如，以整流侧瞬时故障下伊敏电厂机组为例，当小幅电流偏差的限制范围取±4％时，如图2所示，电流误差限制输出为25％，即只输出3％的电流偏差；如图3所示，电流误差限制输出为50％，即只输出2％的电流偏差；如图4所示，电流误差限制输出为75％，即只输出1％的电流偏差。
实施例：如图5所示，为典型火电机组经直流送出系统的单线图，其中火电机组#1和#2距离HVDC整流侧最近，模态1存在发散的次同步振荡问题。首先建立典型火电机组经直流送出系统的电磁暂态仿真模型，利用时域仿真方法计算该系统在次同步频率范围内的电气阻尼，如图1中不采用本发明方法的负阻尼结果曲线。结合实际工程中HVDC整流侧电流控制环节中电流控制误差的影响因素，确定直流电流小偏差的限制范围。
如图6所示，在HVDC整流侧电流控制环节中加入小偏差输出限制环节，其中，Id为HVDC的实际直流电流，Iorder为整流侧直流电流指令值，KP为HVDC整流侧电流的PI控制环节的增益，KI/S为HVDC整流侧电流的PI控制环节的积分，α为整流侧触发角，f(R,I)为从直流电流控制回路到实际直流电流量之间的传递函数，G/1+ST为直流电流测量环节的传递函数。
在本实施方案中，本发明中所采用的直流电流小偏差限制环节的限制范围为±4％，即[-0.04,0.04]，限制量为50％，即0.02。如图7a、图7b所示，在故障扰动激发次同步振荡情况下，采用本发明前后发电机轴系的振荡情况，可以看出，采用本发明可以将存在发散问题的次同步振荡迅速衰减。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)根据火电机组轴系实际参数和直流电流控制器控制参数构建待研系统的电磁暂态仿真模型，在正常运行情况下和故障情况下，测量HVDC在待研火电机组轴系次同步频率上产生的电气阻尼De；
2)确定需要限制小偏差直流电流波动的范围；
3)在HVDC整流侧电流控制环节中偏差量之后接入小偏差输出限制环节，改变电流控制器小偏差范围的调节特性。
2.如权利要求1所述的一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，限制小偏差直流电流波动的范围的确定是与实际工程中HVDC整流侧电流控制环节中电流控制偏差的影响因素相结合进行确定。
3.如权利要求1所述的一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，小偏差直流电流波动范围为：根据影响直流电流的控制误差的两个因素，结合减小负阻尼的效果，选取小偏差范围为±4％；直流电压的控制误差为：Id×(1.25％+0.3～0.5％)，该值小于等于2％。
4.如权利要求3所述的一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其特征在于：影响直流电流的控制误差的两个因素：一是直流电压的控制误差，另一个为直流电流测量误差。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种减小次同步振荡负阻尼的HVDC电流控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，小偏差输出限制环节为直流电流小偏差输出限制环节，其限制范围是小偏差直流电流限制范围；小偏差输出限制幅度根据电磁暂态仿真模型确定的电流控制器提供次同步振荡负阻尼的严重程度，限制在小偏差最大边界值以下。
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