CN108667044B - 分布式次同步振荡抑制装置及新能源输电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式次同步振荡抑制装置及新能源输电系统，其中，分布式次同步振荡抑制装置分别安装在分布式新能源电场出线端与汇流母线之间的输电线路上，包括：信号采集设备，与输电线路连接，用于分别采集分布式次同步新能源电场的次同步振荡信号；次同步振荡抑制设备，与信号采集设备连接，用于根据次同步振荡信号输出次同步振荡阻抗信号；变压器，与次同步振荡抑制设备连接，并串联安装在输电线路上，用于根据次同步振荡阻抗信号向输电线路中注入次同步振荡阻抗电压。本发明的分布式次同步振荡抑制装置可以对各个新能源电场分别针对性的进行次同步抑制，可以大大减少无法被抑制的次同步振荡信号，从而达到更好的抑制效果。

Description

分布式次同步振荡抑制装置及新能源输电系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及到一种分布式次同步振荡抑制装置及新能源输电系统。

背景技术

基于新能源发电的迅猛发展，中国已成为风电并网容量最大及光伏发展最快的国家。然而随着风电等新能源的大规模并网，除了伴随而来的巨大经济效益外，也给电力系统的安全稳定运行带来了新的问题。在我国的西北、华北、东北等多个风电基地均发现了明显的次同步振荡现象。次同步振荡已经成为我国大型新能源安全、高效运行面临的重要问题。

目前典型的次同步振荡抑制装置主要分为并联型次同步振荡抑制装置和串联型次同步振荡抑制装置两类，在抑制火电次同步振荡方面已取得优异的效果。

但是由于现有的新能源次同步振荡抑制装置，往往集中固定在电源侧或者输电线路中,对所有线路的次同步振荡进行集中式抑制，然而，由于各个新能源电场的运行状况存在较大的差别，分布式新能源并网带来的次同步振荡的情况较为复杂，采用现有的次同步振荡抑制技术对分布式新能源电场并网后的次同步振荡进行抑制，还需考虑并网线路上的次同步抑制信号分配至各个新能源电场的情况，由于不同的新能源电场产生的次同步振荡的幅值以及频率均有可能不同，在并网后，导致次同步振荡异常复杂，对多条线路汇集后进行集中抑制的方式可能导致很多次同步振荡信号无法被抑制，从而导致抑制效果不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于如何改善分布式新能源电场并网带来的次同步振荡的抑制效果。

本发明实施例提供了一种分布式次同步振荡抑制装置，分布式次同步振荡抑制装置分别安装在分布式新能源电场出线端与汇流母线之间的输电线路上，次同步振荡抑制装置包括：信号采集设备，与输电线路连接，用于分别采集分布式次同步新能源电场的次同步振荡信号；次同步振荡抑制设备，与信号采集设备连接，用于根据次同步振荡信号输出次同步振荡阻抗信号；变压器，与次同步振荡抑制设备连接，并串联安装在输电线路上，用于根据次同步振荡阻抗信号向输电线路中注入次同步振荡阻抗电压。

可选地，信号采集设备包括：信号采集单元，与输电线路连接，用于采集输电线路中的电信号；滤波器，与信号采集单元连接，用于对电信号进行滤波得到次同步振荡信号；相位补偿单元，与滤波器连接，用于对次同步振荡信号进行相位补偿。

可选地，振荡抑制设备包括：控制模块，与信号采集设备连接，用于根据次同步振荡信号输出控制信号；换流器，与输电线路连接，用于在控制信号的控制下输出次同步振荡阻抗信号。

可选地，换流器包括：H桥换流器。

可选地，H桥换流器包括全桥型H桥换流器或半桥型H桥换流器。

可选地，信号采集设备还用于采集输电线路中的用于表征分布式新能源输电系统输电稳定运行的稳定运行信号；控制模块还用于根据稳定运行信号控制换流器调整输电线路的潮流。

可选地，变压器的一次侧绕组串联接入输电线路；变压器的二次侧绕组与换流器的交流输出端连接。

可选地，分布式次同步振荡抑制装置还包括：旁路开关，并联设置在换流器和变压器之间，与控制模块连接，用于在控制模块的控制下执行开/闭动作。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种新能源输电系统，包括：多个分布式新能源电场；汇流母线，用于汇集各个分布式新能源电场的输电线路；在多个分布式新能源电场出线端与汇流母线串联有上述第一方面任意一项描述的分布式次同步振荡抑制装置。

本发明实施例提供了一种分布式次同步振荡抑制装置，该装置分别对应安装在分布式新能源电场出线端与汇流母线之间的输电线路上，通过该装置的信号采集设备采集输电线路上的次同步振荡信号，并将采集的次同步振荡信号输送至次同步振荡抑制设备中，次同步振荡抑制设备根据该次同步振荡信号输出次同步振荡阻抗信号，串联在输电线路上的变压器根据次同步振荡阻抗信号向输电线路中注入次同步振荡阻抗电压。分布式次同步振荡抑制装置只通过采集对应的新能源电场的次同步振荡信号，可以针对性的对各个新能源电场的线路进行次同步抑制，相比于集中的对多条线路汇集后进行集中抑制的方式，更具有针对性，从而提高抑制效果。

附图说明

图1示出了本发明实施例中分布式次同步振荡抑制装置的示意图；

图2示出了本发明另一实施例中分布式次同步振荡抑制装置的示意图；

图3示出了本发明另一实施例中分布式次同步振荡抑制装置的示意图；

图4示出了本发明实施例中换流器的拓扑示意图；

图5示出了本发明实施例中换流器的另一拓扑示意图；

图6示出了本发明实施例中新能源输电系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例提供了一种分布式次同步振荡抑制装置，该装置分别安装在分布式新能源电场出线端与汇流母线之间的输电线路上，在分布式新能源电场的输出线路上分别安装上分布式次同步振荡抑制装置，分别针对不同的新能源电场的次同步振荡进行抑制，如图1所示，该次同步振荡抑制装置包括：

信号采集设备10，与输电线路1连接，用于采集输电线路1上次同步振荡信号；次同步振荡抑制设备20，与信号采集设备10连接，用于根据次同步振荡信号输出次同步振荡阻抗信号；变压器30，与次同步振荡抑制设备20连接，并串联安装在输电线路1上，用于根据次同步振荡阻抗信号向输电线路1中注入次同步振荡阻抗电压。在具体的实施例中，信号采集设备10与对应的新能源电场出线端与汇流母线之间的输电线路1连接，采集该线路电信号，并从电信号中提取次同步振荡信号，该次同步振荡信号为该新能源电场运行产生的。不同的新能源电场产生的次同步振荡的幅值以及频率均有可能不同，因此，可以对各个新能源电场分别进行针对性的次同步抑制，从而达到较好的抑制效果。

在可选的实施例中，如图2所示，信号采集设备10可以包括：信号采集单元11，用于采集输电线路1中的电信号。其中，信号采集单元11可以包括电压互感器、电流互感器及功率互感器中的至少一种。所称的电信号可以包括电流信号、电压信号或功率信号中的至少一种。由于新能源电场的所发的电频率范围较宽，频率不单一，因此产生的次同步振荡信号频带较宽，采用滤波器12对电信号进行滤波处理，得到次同步振荡信号，在本实施例中，滤波器12可以包括频带滤波器。相位补偿单元13，用于对次同步振荡信号进行相位补偿。具体的，以电流为例进行说明，采集到输电线路1上的三相电流，经过坐标变换得到d-q轴坐标系下的电流，通过锁相环获取输电线路1上的电流的相位，依据坐标变换后的电流提取次同步电流信号并对次同电流信号进行相位补偿，最终得到输电线路1上的次同步振荡信号。

在可选的实施例中，如图3所示，次同步振荡抑制设备20可以包括控制模块21和换流器22，控制模块21可以根据次同步振荡信号产生脉冲开关信号进而控制换流器22中的电力电子开关例如，IGBT的开闭，进而得到次同步振荡阻抗信号。变压器30将该次同步振荡阻抗信号以电压的形式注入输电线路1中，从而抑制输电线路1中的次同步振荡。在本实施例中，变压器30可以采用较为轻便的变压器，该变压器30可以挂装在线路上，例如，可以采用扣装变压器，并且，变压器30的一次侧绕组串联接入输电线路1；变压器30的二次侧绕组与换流器22的交流输出端连接。

由于信号采集设备，次同步振荡抑制设备以及变压器均安装在其中一个新能源电场出线端的输电线上，信号采集设备可以针该新能源电场的采集次同步振荡信号，次同步振荡抑制设备可以针对不同的新能源电场分别进行抑制，由于不同的新能源电场产生的次同步振荡的幅值以及频率均有可能不同，在并网后，导致次同步振荡异常复杂，对多条线路汇集后进行集中抑制的方式可能导致很多次同步振荡信号无法被抑制，因此，可以对各个新能源电场分别进行针对性的次同步抑制，可以大大减少无法被抑制的次同步振荡信号，从而达到更好的抑制效果。

在本实施例中，换流器22可以为H桥换流器，具体的，图4示出了H桥换流器的拓扑图，其中并联电容C提供的直流电压为Vdc，在本实施例中由于对新能源电场进行针对性的次同步振荡抑制，单个IGBT器件耐压、耐流能力可以满足要求，可以无需采用如多重化、多电平等复杂的主电路结构。可以使次同步振荡抑制设备20结构简单，重量轻，有利于直接挂装在输电线路1上，相比于集中式的次同步振荡抑制设备20可以节省大量的土地资源。在本实施例中，H桥换流器可以采用全桥型H桥换流器如图4中所示的H桥换流器；还可以采用半桥型H桥换流器如图5中所示的H桥换流器。在本实施例中，并不限于在图4和图5中示出的H桥换流器，也可以采用多H桥级联的紧凑型换流器(附图中没有示出)。多H桥级联的紧凑型换流器也可以满足结构简单、重量轻的要求，以便直接挂装在输电线路1上。

为方便分布式次同步振荡抑制装置的投入与退出，在可选的实施例中，在换流器22和变压器30之间还可以设置旁路开关BRK，分布式次同步振荡抑制装置具有投入和退出两种状态，具体的，如图4所示，旁路开关BRK并联设置在在换流器22和变压器30之间，图4中的变压器30可以为串联变压器，在旁路开关BRK断开时，分布式次同步振荡抑制装置为投入状态，在旁路开关BRK闭合时，分布式次同步振荡抑制装置为退出状态。旁路开关BRK包括机械开关和电力电子开关或者并联的机械开关和电力电子开关，具有电流关断及长闭合运行能力。在本实施例中，旁路开关BRK与控制模块21连接，控制模块21可以控制旁路开关BRK的闭合和断开。如装置需要退出运行，控制模块21可以通过输出控制开关闭合的控制信号控制开关闭合。在本实施例中，控制模块21可以根据信号采集设备采集的电信号对开关进行控制，例如，在采集到次同步振荡信号时，控制开关断开，分布式次同步振荡抑制装置投入运行，采集到的电信号为电场稳定运行信号时，可以控制开关闭合，使分布式次同步振荡抑制装置退出运行。

在可选的实施例中，采集装置还用于采集输电线路1中的用于表征分布式新能源稳定运行的稳定运行信号；控制模块21还用于根据稳定运行信号控制换流器22调整输电线路1的潮流。

在本实施中，控制模块21中的控制策略主要包括以下功能：次同步振荡抑制功能、潮流控制功能及次同步振荡抑制功能与潮流控制功能之间的切换功能。依据得到的次同步电压/电流信号，构建次同步阻抗控制器，得到次同步抑制功能下换流器22的触发脉冲，通过控制换流阀中电力电子开关开/闭，输出次同步振荡阻抗信号，消除谐振，抑制所装线路上的次同步振荡信号；在潮流控制功能下，依据得到的电压、电流、功率等信号，得到换流器22触发脉冲，通过控制换流阀改变装置输出的电压，调整线路潮流。

本发明实施例还提供了一种新能源输电系统，如图6所示，包括多个分布式新能源电场100，汇流母线200，用于汇集各个分布式新能源电场100出线端的输电线路；在多个分布式新能源电场100的出线端与汇流母线200之间的输电线路上分别安装有上述实施例描述的分布式次同步振荡抑制装置300。在本实施例中，如图6所示，串联变压器以输电线路1作为一次侧绕组，串联在输电线路1上。

在多个分布式新能源电场的出线端与汇流母线之间的输电线路上分别安装有分布式次同步振荡抑制装置，可以针对不同的新能源电场分别进行抑制，由于不同的新能源电场产生的次同步振荡的幅值以及频率均有可能不同，在并网后，导致次同步振荡异常复杂，对多条线路汇集后进行集中抑制的方式可能导致很多次同步振荡信号无法被抑制，因此，可以对各个新能源电场分别进行针对性的抑制，可以大大减少无法被抑制的次同步振荡信号，从而达到更好的抑制效果。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述分布式次同步振荡抑制装置分别安装在分布式新能源电场出线端与汇流母线之间的输电线路上，所述次同步振荡抑制装置包括：

信号采集设备，与所述输电线路连接，用于分别采集分布式次同步新能源电场的次同步振荡信号；

次同步振荡抑制设备，与所述信号采集设备连接，用于根据所述次同步振荡信号输出次同步振荡阻抗信号；

变压器，与所述次同步振荡抑制设备连接，串联安装在所述输电线路上，用于根据所述次同步振荡阻抗信号向所述输电线路中注入次同步振荡阻抗电压；

所述信号采集设备包括：信号采集单元，与所述输电线路连接，用于采集所述输电线路中的电信号；滤波器，与所述信号采集单元连接，用于对所述电信号进行滤波得到次同步振荡信号；相位补偿单元，与所述滤波器连接，用于对次同步振荡信号进行相位补偿；

所述次同步振荡抑制设备包括：控制模块，与所述信号采集设备连接，用于根据次同步振荡信号输出控制信号；换流器，与所述输电线路连接，用于在所述控制信号的控制下输出所述次同步振荡阻抗信号；

所述信号采集设备还用于采集所述输电线路中的用于表征分布式新能源输电系统稳定运行的稳定运行信号；所述控制模块还用于根据所述稳定运行信号控制所述换流器调整所述输电线路的潮流；

旁路开关，并联设置在所述换流器和所述变压器之间，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下执行开/闭动作。

2.如权利要求1所述的分布式次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述换流器包括：H桥换流器。

3.如权利要求2所述的分布式次同步振荡抑制装置，其特征在于，所述H桥换流器包括全桥型H桥换流器或半桥型H桥换流器。

4.如权利要求1-3任意一项所述的分布式次同步振荡抑制装置，其特征在于，

所述变压器的一次侧绕组串联接入所述输电线路；

所述变压器的二次侧绕组与所述换流器的交流输出端连接。

5.一种新能源输电系统，其特征在于，包括：

多个分布式新能源电场；

汇流母线，用于汇集各个分布式新能源电场的输电线路；

在所述多个分布式新能源电场出线端与所述汇流母线之间的输电线路上分别串联有如权利要求1-4任意一项所述的分布式次同步振荡抑制装置。