CN205039551U - 一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电网技术领域，公开了一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置，所述控制装置包括：测速器，其连接发电机组，用于检测发电机组的转速信号，并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；控制器，其连接所述测速器，用于获得所述转速偏差信号，并根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令和驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲；以及所述次同步振荡抑制器，用于在所述控制脉冲的驱动下，基于所述控制器发出的超同步电流指令发出相应的超同步电流，并将该超同步电流注入到发电机组与电网，使发电机组中形成用于抑制次同步振荡的正阻尼电磁转矩。本实用新型解决了次同步振荡抑制中易产生电网闪变的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电网技术领域，具体地，涉及一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置。
背景技术
随着电网系统的不断扩张，超高压直流输电和大容量发电机组需求也在提高，为降低线路传输损耗，目前常用可控串补来提高网侧电压，尽管带来了的巨大经济效益，但也给发电机组的安全稳定运行带来了新的麻烦，电力系统次同步振荡是其中较为严重的问题之一。
为此提出了许多抑制发电机次同步振荡的措施。这些抑制方法总的来说可以分为下述几类：
1)静态阻塞滤波器；
2)旁路阻尼滤波器；
3)动态滤波器；
4)附加励磁系统阻尼控制；
5)静止无功补偿装置(SVC)；
6)可控串联补偿装置(TCSC)；
7)静止无功发生器(SVG)。
在实际工程应用中，采用的SVG来抑制次同步谐振最为有效，实践也证明该方法行之有效，但在控制策略上目前普遍采用向电网中注入次同步电流的方法，极易引起电网闪变现象，因此设计新的提高次同步振荡阻尼的控制策略显得十分必要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置，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，本实用新型的技术方案提供了一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置，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，并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；控制器，其连接所述测速器，用于从所述测速器中获得所述转速偏差信号，并根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令和驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲；以及所述次同步振荡抑制器，其连接所述控制器，用于在所述控制脉冲的驱动下，基于所述控制器发出的超同步电流指令发出相应的超同步电流，并将该超同步电流注入到发电机组与电网，使发电机组中形成用于抑制次同步振荡的正阻尼电磁转矩。
优选地，所述次同步振荡抑制器通过变压器将超同步电流注入到发电机组与电网。
优选地，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。
优选地，所述控制器包括：系统控制单元，用于根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令；以及装置控制单元，其位于所述系统控制单元的下游，用于将所述超同步电流指令中指定的超同步电流与抑制次同步振荡所需的超同步电流相比较，以计算出驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲。
优选地，所述系统控制单元包括：模态滤波器模块，用于对所述转速偏差信号进行滤波，只输出与计算超同步电流指令相关的模态分量；锁相环模块，其连接所述模态滤波器模块，用于对所述模态滤波器模块输出的模态分量进行锁相，得到该模态分量的幅值和相位；移相模块，其连接所述锁相环模块，用于对得到的模态分量的相位进行移相，以获得所需的超同步电流指令的相位；比例模块，其连接所述锁相环模块，用于对得到的模态分量的幅值进行比例计算，以获得所需的超同步电流指令的幅值；以及指令计算模块，其连接所述移相模块和所述比例模块，用于结合所需的超同步电流指令的相位、幅值以及发电机组的轴系扭振模态频率，计算出所需的超同步电流指令。
通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型控制次同步振荡抑制装置发出超同步电流，而不同时产生次同步电流，既通过超同步电流提高了次同步振荡正阻尼，又避免了次同步电流造成的电网突变等问题。因此，本实用新型提高了次同步振荡抑制器的抑制效率，且避免了次同步振荡抑制器发出的间谐波引起电网闪变，同时还提高了次同步振荡抑制装置可靠性。
本实用新型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实用新型的进一步理解，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实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的实施方式中提高次同步振荡正阻尼的控制装置的结构示意图。
图2是本实用新型的实施方式中链式SVG的结构示意图。
图3是本实用新型的实施方式中系统控制单元的控制框图。
图4是本实用新型的实施方式中锁相环的结构图。
图5是本实用新型的实施方式中二阶广义积分器的结构图。
图6是本实用新型的实施方式中装置控制单元的控制框图。
图7是本实用新型的实施方式中提高次同步振荡正阻尼的方法的流程示意图。
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；1031、模态滤波器模块；1032、锁相环模块；1033、移相模块；1034、比例模块；1035、指令计算模块。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限制本实用新型。
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。
本实施方式即给出了一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置，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，并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；控制器103，其连接所述测速器101，用于从所述测速器101中获得所述转速偏差信号，并根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令和驱动次同步振荡抑制器104所需的控制脉冲；以及所述次同步振荡抑制器104，其连接所述控制器103，用于在所述控制脉冲的驱动下，基于所述控制器103发出的超同步电流指令发出相应的超同步电流，并将该超同步电流注入到发电机组与电网，使发电机组中形成用于抑制次同步振荡的正阻尼电磁转矩。其中，参考图1，所述次同步振荡抑制器通过变压器将超同步电流注入到发电机组102与电网105。
本实施方式中，如图2所示，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。下文中，均以链式SVG为例，说明提高次同步振荡正阻尼的装置的工作原理及实施过程。
其中，所述控制器103又包括：系统控制单元，用于根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令；以及装置控制单元，其位于所述系统控制单元的下游，用于将所述超同步电流指令中指定的超同步电流与抑制次同步振荡所需的超同步电流相比较，以计算出驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲。此外，除这两个控制单元外，所述控制器还配置有主控板、通讯板、扩展板、AD板、IO板、脉冲板等。
如图3所示，所述系统控制单元又包括：模态滤波器模块1031，用于对所述转速偏差信号进行滤波，只输出与计算超同步电流指令相关的模态分量；锁相环模块1032，其连接所述模态滤波器模块1031，用于对所述模态滤波器模块输出的模态分量进行锁相，得到该模态分量的幅值和相位；移相模块1033，其连接所述锁相环模块1032，用于对得到的模态分量的相位进行移相，以获得所需的超同步电流指令的相位；比例模块1034，其连接所述锁相环模块1032，用于对得到的模态分量的幅值进行比例计算，以获得所需的超同步电流指令的幅值；以及指令计算模块1035，其连接所述移相模块1033和所述比例模块1034，用于结合所需的超同步电流指令的相位、幅值以及发电机组的轴系扭振模态频率，计算出所需的超同步电流指令。
其中，所述指令计算模块1035中主要包括以下计算式：
结合图3，系统控制单元通过模态滤波器对转速偏差信号Δω进行滤波，只输出与计算超同步电流指令相关的模态分量Iwn。经模态滤波后，对模态分量Iwn后进行锁相，得到幅值Imag与相位再经过比例、移相得到所需的超同步电流指令的幅值Imag_ref与相位再根据发电机组的轴系扭振模态频率wn，计算得到超同步电流指令Isvg_a、Isvg_b、Isvg_c。本实施方式中，Isvg_a、Isvg_b、Isvg_c也表示该超同步电流指令中指定的超同步电流。
其中，所述锁相环通过二阶广义积分器得到输入的模态分量Iwn的正交信号Iα和Iβ，再按图4中的公式计算得到幅值Imag与相位其中，二阶广义积分器采用本领域公知的广义积分器即可，其结构如图5所示，将模态分量Iwn通过比例积分得到C′，C′作为反馈与模态分量Iwn比较作为输入，C′再经过比例积分得到正交信号Cj，Cj作为反馈与(Iwn-C′)*K比较，比较结果作为输入经过比例积分得到C′，其中K表示比例的系数。
如图6所示，所述的装置控制单元是将计算得到的超同步电流指令Isvg_a、Isvg_b、Isvg_c与SVG抑制次同步振荡所需的超同步电流I_svg*做比较，再进行比例控制得到负载电压信号U_load。同时，求对SVG各相的各功率单元的直流侧电压值Vdc_A1至Vd_Cn求各并取平均值，得到Vdc_AVE，再求该Vdc_AVE与直流侧电压参考值Vdc*的偏差信号ΔVdc，对该偏差信号ΔVdc进行PI控制，得到有功分量Id，再结合基波相位θ进行相位转换，再将相位转换后的值与U_load、三相电网电压Ua_grid、Ub_grid、UC_grid一起进行各相分别求和，以得到PWM控制所需的调制波ma、mb、mc，经过PWM控制最终得到次同步抑制装置所需的控制脉冲。如图7所示，对应上述图1所示的装置，本实施方式还给出了一种提高次同步振荡正阻尼的方法，包括以下步骤：检测发电机组的转速信号，并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；根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令和驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲；以及在所述控制脉冲的驱动下，次同步振荡抑制器基于超同步电流指令发出相应的超同步电流，并将该超同步电流注入到发电机组与电网，使发电机组中形成用于抑制次同步振荡的正阻尼电磁转矩。
对应地，根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令和次同步振荡抑制器所需的控制脉冲，具体包括：根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令；以及将所述超同步电流指令中指定的超同步电流与抑制次同步振荡所需的超同步电流相比较，以计算出驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲。
对应地，根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令，具体包括：对所述转速偏差信号进行滤波，只输出与计算超同步电流指令相关的模态分量；对滤波后输出的模态分量进行锁相，得到该模态分量的幅值和相位；对得到的模态分量的相位进行移相，以获得所需的超同步电流指令的相位；对得到的模态分量的幅值进行比例计算，以获得所需的超同步电流指令的幅值；以及结合所需的超同步电流指令的相位、幅值以及发电机组的轴系扭振模态频率，计算出所需的超同步电流指令。
综上所述，该实施方式采用根据超同步电流提高次同步振荡正阻尼的控制策略，控制SSO-DS抑制装置发出超同步电流来抑制次同步振荡，提高了SSO-DS抑制装置抑制效率，且避免了SSO-DS抑制装置发出的间谐波、次谐波引起电网闪变，便于控制SSO-DS抑制装置进行分相控制，对电网不对称情况，仍能安全稳定运行，提高了SSO-DS抑制装置可靠性。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
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，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (5)
1.一种提高次同步振荡正阻尼的控制装置，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，并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；
控制器，其连接所述测速器，用于从所述测速器中获得所述转速偏差信号，并根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令和驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲；以及
所述次同步振荡抑制器，其连接所述控制器，用于在所述控制脉冲的驱动下，基于所述控制器发出的超同步电流指令发出相应的超同步电流，并将该超同步电流注入到发电机组与电网，使发电机组中形成用于抑制次同步振荡的正阻尼电磁转矩。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述次同步振荡抑制器通过变压器将超同步电流注入到发电机组与电网。
3.根据权利要求1所述的控制装置，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中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制器包括：
系统控制单元，用于根据所述转速偏差信号计算出超同步电流指令；以及
装置控制单元，其位于所述系统控制单元的下游，用于将所述超同步电流指令中指定的超同步电流与抑制次同步振荡所需的超同步电流相比较，以计算出驱动次同步振荡抑制器所需的控制脉冲。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述系统控制单元包括：
模态滤波器模块，用于对所述转速偏差信号进行滤波，只输出与计算超同步电流指令相关的模态分量；
锁相环模块，其连接所述模态滤波器模块，用于对所述模态滤波器模块输出的模态分量进行锁相，得到该模态分量的幅值和相位；
移相模块，其连接所述锁相环模块，用于对得到的模态分量的相位进行移相，以获得所需的超同步电流指令的相位；
比例模块，其连接所述锁相环模块，用于对得到的模态分量的幅值进行比例计算，以获得所需的超同步电流指令的幅值；以及
指令计算模块，其连接所述移相模块和所述比例模块，用于结合所需的超同步电流指令的相位、幅值以及发电机组的轴系扭振模态频率，计算出所需的超同步电流指令。
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