CN108321820A - 电力系统振荡控制限幅器及系统 - Google Patents

电力系统振荡控制限幅器及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力系统振荡控制限幅器及系统，振荡控制限幅器用于防止电力电子变流器闭锁，其中，振荡控制限幅器包括：信号比较模块，用于判断输入的控制输出信号是否为直流信号；抗直流模块，用于在控制输出信号为直流信号时，根据控制输出信号生成第一控制参考信号，使得电力电子变流器根据第一控制参考信号工作，其中，第一控制参考信号为零；限幅模块，用于在控制输出信号为非直流信号时，根据限幅条件对控制输出信号进行限幅，以生成第二控制参考信号，使得电力电子变流器根据第二控制参考信号工作。该振荡控制限幅器可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。

Description

电力系统振荡控制限幅器及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种电力系统振荡控制限幅器及系统。
背景技术
为提高高压线路输送容量，节省输电走廊，一般通过在高压输电线路中加入串联补偿电容或采用高压直流等输电方式。然而这些设备常常引起电力系统出现不稳定的次同步振荡现象，严重影响了电网稳定运行。
目前可以通过在电网中加入以电力电子变流器为基础的次同步阻尼控制器抑制次同步振荡。电力电子变流器以控制输出信号作为参考信号，发出抑制次同步振荡的电流。当控制输出信号出现过高或直流信号时，电力电子变流器会采用闭锁来进行自我保护，防止过压或过流。在闭锁期间，电力电子变流器不会发出任何电流，从而造成次同步阻尼控制器失去抑制系统次同步振荡的作用。目前尚缺乏防止次同步阻尼控制器中的电力电子变流器闭锁的有效解决方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种电力系统振荡控制限幅器，该限幅器可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。
本发明的另一个目的在于提出一种系统。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电力系统振荡控制限幅器，所述振荡控制限幅器用于防止电力电子变流器闭锁，其中，所述振荡控制限幅器包括：信号比较模块，用于判断输入的控制输出信号是否为直流信号；抗直流模块，用于在控制输出信号为所述直流信号时，根据所述控制输出信号生成第一控制参考信号，使得所述电力电子变流器根据所述第一控制参考信号工作，其中，所述第一参考信号为零；限幅模块，用于在所述控制输出信号为非直流信号时，根据限幅条件对所述控制输出信号进行限幅，以生成第二控制参考信号，使得所述电力电子变流器根据所述第二控制参考信号工作。
本发明实施例的电力系统振荡控制限幅器，考虑了各种控制输出信号情况下振荡限幅器参数的设计，且在各种情况下都能提供保证电力电子变流器正常工作的控制参考信号，从而可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。
另外，根据本发明上述实施例的电力系统振荡控制限幅器还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述信号比较模块具体用于通过直流判别公式判断所述控制输出信号是否为直流信号，并且通过非直流判别公式判断所述控制输出信号是否为非直流信号，其中，所述直流判别公式为：
并且，所述非直流判别公式为：
其中，y0(t)为控制输出信号，t表示采样时刻，Δt表示采样间隔，Δydc为直流判别门槛值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述限幅模块具体用于在所述控制输出信号满足所述限幅条件时，将所述控制输出信号作为所述第二控制参考信号，而在所述控制输出信号不满足所述限幅条件时，根据所述控制输出信号通过限幅公式生成所述第二控制参考信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述限幅公式为：
其中，yref(t)为控制参考信号，kc为限幅调节系数，yh为高值限制值，yh＝ηhymax，ηh为大于等于1的高值限制值比例系数，yh是电力电子变流器短时间内可以承受的最大幅值，ymax为控制参考信号正常工况最大允许幅值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述限幅器还包括：设计模块，用于根据所述电力电子变流器持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积得到所述限幅调节系数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述限幅调节系数的计算公式为：
其中，Smax是电力电子变流器可以持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积，nT为y0(t)两个过零点之间的采样点数。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种系统，包括：控制策略模块，用于生成控制输出信号；电力电子变流器，用于发出抑制次同步振荡的电流；上述的振荡控制限幅器，所述振荡控制限幅器分别与所述控制策略模块和所述电力电子变流器相连，以根据所述控制输出信号生成第一控制参考信号和第二控制参考信号，使得所述电力电子变流器根据控制参考信号工作，防止所述电力电子变流器闭锁。
本发明实施例的系统，考虑了各种控制输出信号情况下振荡限幅器参数的设计，且在各种情况下都能提供保证电力电子变流器正常工作的控制参考信号，从而可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的电力系统振荡控制限幅器的结构示意图；
图2为根据本发明一个具体实施例的电力系统振荡控制限幅器的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电力系统振荡控制限幅器及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的电力系统振荡控制限幅器。
图1是本发明一个实施例的电力系统振荡控制限幅器的结构示意图。
如图1所示，振荡控制限幅器用于防止电力电子变流器闭锁，其中，该电力系统振荡控制限幅器10包括：信号比较模块100、抗直流模块200和限幅模块300。
其中，信号比较模块100用于判断输入的控制输出信号是否为直流信号。抗直流模块200用于在控制输出信号为直流信号时，根据控制输出信号生成第一控制参考信号，使得电力电子变流器根据第一控制参考信号工作，其中，第一参考信号为零。限幅模块300用于在控制输出信号为非直流信号时，根据限幅条件对控制输出信号进行限幅，以生成第二控制参考信号，使得电力电子变流器根据第二控制参考信号工作。本发明实施例的制限幅器10可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。
可以理解的是，如图2所示，本发明实施例的制限幅器10包括：信号比较环节、抗直流环节和限幅环节三部分，其中，信号比较环节即为本发明实施例的信号比较模块100、抗直流环节即为本发明实施例的抗直流模块200、限幅环节即为本发明实施例的限幅模块300。
进一步地，在本发明的一个实施例中，信号比较模块100具体用于通过直流判别公式判断控制输出信号是否为直流信号，并且通过非直流判别公式判断控制输出信号是否为非直流信号，其中，直流判别公式为：
并且，非直流判别公式为：
其中，y0(t)为控制输出信号，t表示采样时刻，Δt表示采样间隔，Δydc为直流判别门槛值。
具体而言，信号比较环节用于判别控制输出信号是否为直流信号，并选择将信号送入对应的处理模块。
当满足公式1时，则将控制输出信号送入抗直流环节。
当满足公式2时，则将控制输出信号送入限幅环节。
其中：控制输出信号：y0(t)，t表示采样时刻，Δt表示采样间隔。直流判别门槛值：Δydc。
进一步地，抗直流环节用于处理当控制输出信号为直流信号的情况，并将处理后的信号作为输出参考信号发给电力电子变流器。其中，处理后的信号作为输出参考信号即为本发明实施例中的第一控制参考信号，且控制参考信号采用下工式计算：
yref(t)＝0，
其中：控制参考信号：yref(t)。
进一步地，在本发明的一个实施例中，限幅模块300具体用于在控制输出信号满足限幅条件时，将控制输出信号作为第二控制参考信号，而在控制输出信号不满足限幅条件时，根据控制输出信号通过限幅公式生成第二控制参考信号。
在本发明的一个实施例中，限幅公式为：
其中，yref(t)为控制参考信号，kc为限幅调节系数，yh为高值限制值，yh＝ηhymax，ηh为大于等于1的高值限制值比例系数，yh是电力电子变流器短时间内可以承受的最大幅值，ymax为控制参考信号正常工况最大允许幅值。
具体而言，限幅环节用于处理当控制输出信号不为直流信号的情况，并将处理后的信号作为输出参考信号发给电力电子变流器，其中，处理后的信号作为输出参考信号即为第二控制参考信号。
当-ymax≤y0(t)≤ymax，控制参考信号采用公式3计算。
yref(t)＝y0(t)(3)；
当|y0(t)|≥ymax，控制参考信号采用公式4计算。
其中：限幅调节系数：kc。控制参考信号正常工况最大允许幅值：ymax。高值限制值：yh，yh＝ηhymax。ηh为大于等于1的高值限制值比例系数。yh是电力电子变流器短时间内可以承受的最大幅值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的限幅器10还包括：设计模块。其中，设计模块用于根据电力电子变流器持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积得到限幅调节系数。
在本发明的一个实施例中，限幅调节系数的计算公式为：
其中，Smax是电力电子变流器可以持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积，nT为y0(t)两个过零点之间的采样点数。
具体而言，限幅环节的参数设计如下：
(a)取y0(t)前一个过零点时间为起始时刻，并记这一时刻为t0。在t0和t之间选取n+1个采样点，n>2。求解A。ω为控制输出信号的频率。当y0(t)>0时，kT＝0，当y0(t)<0时，kT＝π，求解A的公式为：
(b)令y′0(t0+i′Δt)＝Asin(ω(t0+i′Δt)+kT)，i'＝0,1...nT，nT为y0(t)两个过零点之间的采样点数。在t0起始的半个周波内：
(1)记|y0′(t0+i′Δt)|≤yh部分的采样序列为：i'＝0,1....nT1和i'＝nT2，nT2+1，...nT.；
(2)记|y0′(t0+i′Δt)|>yh部分的采样序列为：nT1+1,...,nT2-1。
|y0′(t0+i′Δt)|>yh部分的积分面积为：S3＝yh×Δt×(nT2-nT1-2)。
(3)kc如下式所示：
其中，Smax是电力电子变流器可以持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积。
根据本发明实施例提出的电力系统振荡控制限幅器，考虑了各种控制输出信号情况下振荡限幅器参数的设计，且在各种情况下都能提供保证电力电子变流器正常工作的控制参考信号，从而可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。
另外，本发明实施例还提出了一种系统，包括：控制策略模块、电力电子变流器和本发明实施例的振荡控制限幅器。
其中，控制策略模块用于生成控制输出信号。电力电子变流器用于发出抑制次同步振荡的电流。本发明实施例的振荡控制限幅器，振荡控制限幅器分别与控制策略模块和电力电子变流器相连，以根据控制输出信号生成第一控制参考信号和第二控制参考信号，使得电力电子变流器根据控制参考信号工作，防止电力电子变流器闭锁。
需要说明的是，前述对电力系统振荡控制限幅器实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的系统，考虑了各种控制输出信号情况下振荡限幅器参数的设计，且在各种情况下都能提供保证电力电子变流器正常工作的控制参考信号，从而可以达到提高电力电子变流器输出能力，降低电力电子变流器闭锁影响的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种电力系统振荡控制限幅器，其特征在于，所述振荡控制限幅器用于防止电力电子变流器闭锁，其中，所述振荡控制限幅器包括：
信号比较模块，用于判断输入的控制输出信号是否为直流信号；
抗直流模块，用于在控制输出信号为所述直流信号时，根据所述控制输出信号生成第一控制参考信号，使得所述电力电子变流器根据所述第一控制参考信号工作，其中，所述第一控制参考信号为零；以及
限幅模块，用于在所述控制输出信号为非直流信号时，根据限幅条件对所述控制输出信号进行限幅，以生成第二控制参考信号，使得所述电力电子变流器根据所述第二控制参考信号工作。
2.根据权利要求1所述的电力系统振荡控制限幅器，其特征在于，所述信号比较模块具体用于通过直流判别公式判断所述控制输出信号是否为直流信号，并且通过非直流判别公式判断所述控制输出信号是否为非直流信号，其中，所述直流判别公式为：
并且，所述非直流判别公式为：
其中，y0(t)为控制输出信号，t表示采样时刻，Δt表示采样间隔，Δydc为直流判别门槛值。
3.根据权利要求2所述的电力系统振荡控制限幅器，其特征在于，所述限幅模块具体用于在所述控制输出信号满足所述限幅条件时，将所述控制输出信号作为所述第二控制参考信号，而在所述控制输出信号不满足所述限幅条件时，根据所述控制输出信号通过限幅公式生成所述第二控制参考信号。
4.根据权利要求3所述的电力系统振荡控制限幅器，其特征在于，所述限幅公式为：
其中，yref(t)为控制参考信号，kc为限幅调节系数，yh为高值限制值，yh＝ηhymax，ηh为大于等于1的高值限制值比例系数，yh是电力电子变流器短时间内可以承受的最大幅值，ymax为控制参考信号正常工况最大允许幅值。
5.根据权利要求4所述的电力系统振荡控制限幅器，其特征在于，还包括：
设计模块，用于根据所述电力电子变流器持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积得到所述限幅调节系数。
6.根据权利要求5所述的电力系统振荡控制限幅器，其特征在于，所述限幅调节系数的计算公式为：
其中，Smax是电力电子变流器可以持续工作不闭锁时控制参考信号半个周波最大的积分面积，nT为y0(t)两个过零点之间的采样点数。
7.一种系统，其特征在于，包括：
控制策略模块，用于生成控制输出信号；
电力电子变流器，用于发出抑制次同步振荡的电流；以及
如权利要求1-6任一项所述的振荡控制限幅器，所述振荡控制限幅器分别与所述控制策略模块和所述电力电子变流器相连，以根据所述控制输出信号生成第一控制参考信号和第二控制参考信号，使得所述电力电子变流器根据控制参考信号工作，防止所述电力电子变流器闭锁。
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