CN112600224A - 一种用于海上柔性直流输电系统的lc滤波装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法。所述LC滤波装置，DC/DC模块、LC电路以及控制模块；DC/DC模块包括第一二极管、第二二极管、第一IGBT开关以及第二IGBT开关；LC电路包括第一电感、第二电感、电容以及电力电子开关器件；控制模块分别与第一IGBT开关、第二IGBT开关、电力电子开关器件以及海上柔性直流输电系统连接；控制模块用于根据海上柔性直流输电系统的频率控制第一IGBT开关、第二IGBT开关以及电力电子开关器件的导通或关断；控制模块还用于根据海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关以及第二IGBT开关的通断周期以及占空比。本发明实现对不同工况下的海上柔性直流输电系统的宽频振荡的抑制。

Description

一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法
技术领域
本发明涉及海上柔性直流输电领域，特别是涉及一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法。
背景技术
随着中国近些年大力发展海上风力发电技术，离岸超过80km的远海岸风电场经柔性直流送出的工程得到重点建设。但随着高比例新能源和高比例电力电子设备(“双高”设备)的大量使用，近年来，小到几Hz，大到几千Hz的振荡频率出现在柔性直流输电系统中，严重影响系统的稳定运行，对于海上柔性直流输电工程而言，及时抑制系统的宽频振荡尤为重要。宽频振荡主要有以下两个特点：
(1)宽频振荡现象主要出现在风机与换流器以及换流器与电网之间，主要由控制系统异常导致，最高可达到几千Hz；
(2)由于宽频振荡发生的根源是复杂电网耦合形成的源-网多时间尺度动态相互作用，通过优化控制器参数的措施可以起到抑制某个特定工况下的宽频振荡，但并不适用于所有的运行工况。
可见，对于海上柔性直流输电系统的宽频振荡的抑制还有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法，实现对不同工况下的海上柔性直流输电系统的宽频振荡的抑制。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，所述LC滤波装置与海上柔性直流输电系统的陆上换流站的直流侧并联；所述LC滤波装置包括：DC/DC模块、LC电路以及控制模块；
所述DC/DC模块包括第一二极管、第二二极管、第一IGBT开关以及第二IGBT开关；
所述LC电路包括第一电感、第二电感、电容以及电力电子开关器件；
所述第一二极管的阳极分别与所述第二IGBT开关的第一端以及所述陆上换流站的直流侧的第一端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一IGBT开关的第一端以及所述第一电感的第一端连接，所述第一IGBT开关的第二端分别与所述第二二极管的阴极以及所述陆上换流站的直流侧的第二端连接，所述第二二极管的阳极分别与所述电容的第一端以及所述第二IGBT开关的第二端连接，所述电容的第二端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第一电感的第二端连接，所述电力电子开关器件与所述第二电感并联；
所述控制模块分别与所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关、所述电力电子开关器件以及所述海上柔性直流输电系统连接；所述控制模块用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关以及所述电力电子开关器件的导通或关断；所述控制模块还用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的通断周期以及占空比。
可选的，所述DC/DC模块还包括：两个金属避雷器氧化物MOA；
一所述金属避雷器氧化物MOA与所述第一IGBT开关并联；
另一所述金属避雷器氧化物MOA与所述第二IGBT开关并联。
可选的，所述控制模块包括判断单元以及控制单元；
所述判断单元与所述海上柔性直流输电系统连接，所述判断单元用于判断所述海上柔性直流输电系统的频率是否在设定范围内，得到判断结果；
所述控制单元与所述判断单元、所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关以及所述电力电子开关器件连接，所述控制单元用于当所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内时，将导通信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，并将关断信号发送至所述电力电子开关器件；进而，所述控制单元还用于根据通断周期控制所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的关断或导通，直至所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内；
所述控制单元还用于当所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内时，将所述关断信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，并将导通信号发送至所述电力电子开关器件。
可选的，所述控制模块还包括：通断周期确定单元；
所述通断周期确定单元分别与所述海上柔性直流输电系统以及所述控制单元连接；所述通断周期生成单元用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率确定通断周期。
可选的，还包括：在线取电装置；
所述在线取电装置与所述第一电感互感，并与所述电力电子开关器件连接；所述在线取电装置用于当所述LC电路流过电流时，产生电能，并将所述电能提供至所述电力电子开关器件。
一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波方法，所述滤波方法应用于所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，所述LC滤波方法包括：
获取海上柔性直流输电系统的频率；
判断所述海上柔性直流输电系统的频率是否在设定范围内，得到判断结果；
若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内，则将关断信号发送至第一IGBT开关以及第二IGBT开关，同时将导通信号发送至电力电子开关器件；
若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内，则将导通信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，同时将关断信号发送至所述电力电子开关器件；
设定时间之后，将关断信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，LC电路由充电状态变为放电状态，极性发生变化，LC电路发出的电流经过第二二极管流入陆上换流站的直流侧的第二端；
控制所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的通断周期，直至所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内。
可选的，所述若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内，则将导通信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，同时将关断信号发送至所述电力电子开关器件，之后还包括：
根据LC电路流过的电流，线取电装置产生电能；并将所述电能提供至所述电力电子开关器件。
可选的，所述根据LC电路流过的电流，线取电装置产生电能；并将所述电能提供至所述电力电子开关器件，之后还包括：
将所述电能进行存储。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法，通过采用LC滤波结构和DC/DC模块，并联在海上柔性直流输电系统的陆上换流站的直流侧，当所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内，即检测到振荡现象发生时，该LC滤波装置随即投入工作，通过改变DC/DC模块中第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的通断，并控制LC电路的投切，抑制海上柔性直流输电系统的振荡，并且LC滤波装置结构简单，可靠性高，振荡抑制效果明显。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置的控制、驱动、安装电路总示意图；
图2为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内时，所述LC滤波装置的工作示意图；
图3为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内时，所述LC滤波装置中的所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关导通、电力电子开关器件关断的工作示意图；
图4为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内时，所述LC滤波装置中的所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关关断、电力电子开关器件关断的工作示意图；
图5是本发明对于频率的抑制效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法，实现对不同工况下的海上柔性直流输电系统的宽频振荡的抑制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置的控制、驱动、安装电路总示意图，如图1所示，本发明所提供的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，所述LC滤波装置与海上柔性直流输电系统的陆上换流站的直流侧并联；所述LC滤波装置包括：DC/DC模块1、LC电路2以及控制模块。
所述DC/DC模块1包括第一二极管Diodel1、第二二极管Diodel2、第一IGBT开关S1以及第二IGBT开关S2。
所述LC电路2包括第一电感L1、第二电感L2、电容C以及电力电子开关器件S。
所述第一二极管Diodel1的阳极分别与所述第二IGBT开关S2的第一端以及所述陆上换流站的直流侧的第一端连接，所述第一二极管Diodel1的阴极分别与所述第一IGBT开关S1的第一端以及所述第一电感L1的第一端连接，所述第一IGBT开关S1的第二端分别与所述第二二极管Diodel2的阴极以及所述陆上换流站的直流侧的第二端连接，所述第二二极管Diodel2的阳极分别与所述电容C的第一端以及所述第二IGBT开关S2的第二端连接，所述电容C的第二端与所述第二电感L2的第一端连接，所述第二电感L2的第二端与所述第一电感L1的第二端连接，所述电力电子开关器件S与所述第二电感L2并联。
所述控制模块分别与所述第一IGBT开关S1、所述第二IGBT开关S2、所述电力电子开关器件S以及所述海上柔性直流输电系统连接；所述控制模块用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关S1、所述第二IGBT开关S2以及所述电力电子开关器件S的导通或关断；所述控制模块还用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2的通断周期以及占空比。
控制模块控制所述DC/DC模块1中IGBT开关的导通与关断实现海上柔性直流输电系统的电压在设定范围内，保证海上柔性直流输电系统的输电的稳定性。
为了防止DC/DC模块1的IGBT开关出现击穿而导致LC电路2被直接并联在直流线路两端，所述DC/DC模块1还包括：两个金属避雷器氧化物MOA。(MOA1和MOA2)金属避雷器氧化物MOA被并联在IGBT开关两端起到保护作用；发生故障时，金属避雷器氧化物可以等效为电压源，防止IGBT开关过电压而被击穿。
一所述金属避雷器氧化物MOA与所述第一IGBT开关S1并联。
另一所述金属避雷器氧化物MOA与所述第二IGBT开关S2并联。
所述控制模块包括判断单元以及控制单元。
所述判断单元与所述海上柔性直流输电系统连接，所述判断单元用于判断所述海上柔性直流输电系统的频率是否在设定范围内，得到判断结果；
所述控制单元与所述判断单元、所述第一IGBT开关S1、所述第二IGBT开关S2以及所述电力电子开关器件S连接，所述控制单元用于当所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率没在设定范围内时，将导通信号发送至所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2，并将关断信号发送至所述电力电子开关器件S；进而，所述控制单元还用于根据通断周期控制所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2的关断或导通，直至所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内。
即所述海上柔性直流输电系统的频率没在设定范围内时，将DC/DC模块1的第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2导通，LC电路2被并联入直流线路，LC电路2的电感L被增加，直流线路的电流开始流入LC电路2；控制模块通过改变开关的导通以及关断频率，从而控制LC电路2投切的频率；振荡发生后，第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2导通时，直流线路的电流经过开关回路流入LC电路2，给LC滤波装置充电；振荡发生后，DC/DC开关关断时，LC电路2会产生反向电流，通过二极管回路流入直流线路，开关导通和关断的时间间隔模块的控制，一般小于0.02s。
所述控制单元还用于当所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内时，将所述关断信号发送至所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2，并将导通信号发送至所述电力电子开关器件S。即LC电路2不工作。
所述控制模块还包括：通断周期确定单元。
所述通断周期确定单元分别与所述海上柔性直流输电系统以及所述控制单元连接；所述通断周期生成单元用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率确定通断周期。
本发明所提供的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，还包括：在线取电装置3。振荡发生时，在线取电装置3可以通过互感取电，为电力电子器件提供驱动电压。进而，不需要外加电源装置。
所述在线取电装置3与所述第一电感L1互感，并与所述电力电子开关器件S连接；所述在线取电装置3用于当所述LC电路2流过电流时，产生电能，并将所述电能提供至所述电力电子开关器件S。
如图2所示，正常运行时，DC/DC模块1的第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2一直处于断开状态，直流线路的电流不会流入LC滤波装置，LC电路2的第二电感L2两端的电力电子开关器件S处于闭合状态，在线取电装置3不供电。
如同3所示，系统频率振荡发生后，控制模块将DC/DC模块1的第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2导通，直流线路的电流经过第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2回路流入LC滤波装置，给LC滤波装置供电，LC电路2的电感L3两端开关S处于断开状态，LC电路2的电感L被增加，LC滤波装置的极性为上正(+)下负(-)，在线取电装置3开始取电。
如图4所示，系统频率振荡发生后，控制模块控制第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2通断频率，在图3第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2导通后的极短时间内，(一般小于0.02s)，控制模块将DC/DC模块1的第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2关断，LC电路2的第二电感L2两端的电力电子开关器件S处于断开状态，LC电路2的电感L被增加。LC滤波装置将储存的能量释放，滤波装置产生的电流经过二极管回路流入直流线路，滤波装置的极性为上负(-)下正(+)，在线取电装置3开始取电。至此，滤波装置完成了滤波以及振荡抑制的作用。
如图5所示，加入本振荡抑制法后，系统振荡频率抑制效果明显。在2s时系统发生振荡现象，未加入该装置时，系统振荡频率可达到110Hz；本发明系统振荡频率降为50Hz左右，在2s时之所以没有完全降低到50Hz，是因为振荡正在发生，仅可以抑制到53Hz左右。
本发明所提供的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置及方法，其优点在于：
(1)系统正常运行时，滤波装置不会投入直流线路，对系统正常运行不会造成影响。振荡发生后，滤波装置迅速投入运行，对于系统低频以及宽频振荡都有良好的抑制作用，同时滤波装置也可以储存能量。
(2)IGBT开关两端并联金属避雷器氧化物MOA，用于保护开关被击穿，可以防止LC电路2被直接较长时间并联在直流线路；
(3)在线取电装置3可以为IGBT开关提供驱动电源，不需要额外加装电源驱动装置。
一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波方法，应用于所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，所述LC滤波方法包括：
S1，获取海上柔性直流输电系统的频率。
S2，判断所述海上柔性直流输电系统的频率是否在设定范围内，得到判断结果。
S3，若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内，则将关断信号发送至第一IGBT开关S1以及第二IGBT开关S2，同时将导通信号发送至电力电子开关器件S。
S4，若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内，则将导通信号发送至所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2，同时将关断信号发送至所述电力电子开关器件S。
S5，设定时间之后，将关断信号发送至所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2，LC电路2由充电状态变为放电状态，极性发生变化，LC电路2发出的电流经过第二二极管Diodel2流入陆上换流站的直流侧的第二端。
S6，控制所述第一IGBT开关S1以及所述第二IGBT开关S2的通断周期，直至所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内。
S4之后还包括：
根据LC电路2流过的电流，线取电装置产生电能；并将所述电能提供至所述电力电子开关器件S。
所述根据LC电路2流过的电流，线取电装置产生电能；并将所述电能提供至所述电力电子开关器件S，之后还包括：
将所述电能进行存储。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，其特征在于，所述LC滤波装置与海上柔性直流输电系统的陆上换流站的直流侧并联；所述LC滤波装置包括：DC/DC模块、LC电路以及控制模块；
所述DC/DC模块包括第一二极管、第二二极管、第一IGBT开关以及第二IGBT开关；
所述LC电路包括第一电感、第二电感、电容以及电力电子开关器件；
所述第一二极管的阳极分别与所述第二IGBT开关的第一端以及所述陆上换流站的直流侧的第一端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一IGBT开关的第一端以及所述第一电感的第一端连接，所述第一IGBT开关的第二端分别与所述第二二极管的阴极以及所述陆上换流站的直流侧的第二端连接，所述第二二极管的阳极分别与所述电容的第一端以及所述第二IGBT开关的第二端连接，所述电容的第二端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第一电感的第二端连接，所述电力电子开关器件与所述第二电感并联；
所述控制模块分别与所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关、所述电力电子开关器件以及所述海上柔性直流输电系统连接；所述控制模块用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关以及所述电力电子开关器件的导通或关断；所述控制模块还用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率控制所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的通断周期以及占空比。
2.根据权利要求1所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，其特征在于，所述DC/DC模块还包括：两个金属避雷器氧化物MOA；
一所述金属避雷器氧化物MOA与所述第一IGBT开关并联；
另一所述金属避雷器氧化物MOA与所述第二IGBT开关并联。
3.根据权利要求1所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，其特征在于，所述控制模块包括判断单元以及控制单元；
所述判断单元与所述海上柔性直流输电系统连接，所述判断单元用于判断所述海上柔性直流输电系统的频率是否在设定范围内，得到判断结果；
所述控制单元与所述判断单元、所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关以及所述电力电子开关器件连接，所述控制单元用于当所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率没在设定范围内时，将导通信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，并将关断信号发送至所述电力电子开关器件；进而，所述控制单元还用于根据通断周期控制所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的关断或导通，直至所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内；
所述控制单元还用于当所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内时，将所述关断信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，并将导通信号发送至所述电力电子开关器件。
4.根据权利要求3所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，其特征在于，所述控制模块还包括：通断周期确定单元；
所述通断周期确定单元分别与所述海上柔性直流输电系统以及所述控制单元连接；所述通断周期生成单元用于根据所述海上柔性直流输电系统的频率确定通断周期。
5.根据权利要求1所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，其特征在于，还包括：在线取电装置；
所述在线取电装置与所述第一电感互感，并与所述电力电子开关器件连接；所述在线取电装置用于当所述LC电路流过电流时，产生电能，并将所述电能提供至所述电力电子开关器件。
6.一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波方法，其特征在于，所述滤波方法应用于权利要求1-5任意一项所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波装置，所述LC滤波方法包括：
获取海上柔性直流输电系统的频率；
判断所述海上柔性直流输电系统的频率是否在设定范围内，得到判断结果；
若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内，则将关断信号发送至第一IGBT开关以及第二IGBT开关，同时将导通信号发送至电力电子开关器件；
若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内，则将导通信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，同时将关断信号发送至所述电力电子开关器件；
设定时间之后，将关断信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，LC电路由充电状态变为放电状态，极性发生变化，LC电路发出的电流经过第二二极管流入陆上换流站的直流侧的第二端；
控制所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关的通断周期，直至所述海上柔性直流输电系统的频率在设定范围内。
7.根据权利要求6所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波方法，其特征在于，所述若所述判断结果为所述海上柔性直流输电系统的频率不在设定范围内，则将导通信号发送至所述第一IGBT开关以及所述第二IGBT开关，同时将关断信号发送至所述电力电子开关器件，之后还包括：
根据LC电路流过的电流，线取电装置产生电能；并将所述电能提供至所述电力电子开关器件。
8.根据权利要求7所述的一种用于海上柔性直流输电系统的LC滤波方法，其特征在于，所述根据LC电路流过的电流，线取电装置产生电能；并将所述电能提供至所述电力电子开关器件，之后还包括：
将所述电能进行存储。
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