RU2433517C2

RU2433517C2 - Thyristor-controlled series capacitor damping subsynchronous resonances

Info

Publication number: RU2433517C2
Application number: RU2008152412/07A
Authority: RU
Inventors: Леннарт ЭНГКВИСТ (SE); Леннарт ЭНГКВИСТ; Чанчунь ЧЖОУ (CN); Чанчунь ЧЖОУ; Цюаньцзинь ЛЮ (CN); Цюаньцзинь ЛЮ
Original assignee: Абб Рисерч Лтд
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2011-11-10
Also published as: RU2008152412A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: control unit (17) for a thyristor-controlled series capacitor connected to a electric power transmission line (12) comprises a control unit integrating a thyristor start control (18) and a generator of required voltage of the capacitor passing through zero depending on line current and voltage of the capacitor in response on a command signal, and a command control (19) which is used to generate the command signal for the thyristor start control, and accommodates a command damping control (24) comprising a damping unit at least on one discrete frequency.

EFFECT: reduced subsynchronous resonances which can cause a damage of mechanical or electrical equipment, in the offered device due to protection units, positive damping from an electric supply circuit does not depend on positive damping of a mechanical system.

9 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к управлению колебаниями в системе электрического питания. В частности, изобретение относится к такому управлению посредством последовательно соединенных конденсаторов с тиристорным управлением (TCSC). Система электрического питания содержит электрическую цепь и механическую цепь в сочетании. Механическая цепь содержит электрогенератор и турбину, соединенные между собой валом. В частности, изобретение относится к гашению подсинхронных резонансов (SSR) в такой системе питания.The present invention relates to controlling vibrations in an electrical power system. In particular, the invention relates to such control by means of thyristor controlled capacitors (TCSC) connected in series. The electrical power system comprises an electrical circuit and a mechanical circuit in combination. The mechanical circuit contains an electric generator and a turbine interconnected by a shaft. In particular, the invention relates to the suppression of subsynchronous resonances (SSRs) in such a power system.

Уровень техникиState of the art

Колебания активной мощности в системах передачи электроэнергии могут возникать в коридорах между генерирующими областями и областями нагрузки в результате плохого гашения взаимной связи, особенно в процессе передачи большой мощности. Такие колебания могут быть вызваны рядом причин, таких как повреждение линии или внезапное изменение выходной мощности генератора или нагрузки.Fluctuations in active power in power transmission systems can occur in the corridors between the generating and load regions as a result of poor damping of the interconnection, especially during high power transmission. Such fluctuations can be caused by a number of reasons, such as damage to the line or a sudden change in the generator output power or load.

Управление, предлагаемое TCSC, представляет собой управление типа «импеданс». Вносимое напряжение пропорционально току линии. Такой тип управления, как правило, лучше всего подходит для применения в коридорах потока энергии, где существует строго определенная разность фазового угла между концами линии передачи для компенсации и управления.The control offered by TCSC is an impedance control. The input voltage is proportional to the line current. This type of control is generally best suited for use in energy flow corridors where there is a strictly defined phase angle difference between the ends of the transmission line for compensation and control.

Важным преимуществом TCSC является возможность быстрого управления степенью компенсации. Это делает TCSC очень полезным в качестве инструмента для улучшения поведения сетей после сбоя в работе. За счет такого качества TCSC степень компенсации последовательного конденсатора временно возрастает, сопровождая сбой в работе сети. Тем самым для сети (напряжения и фазы) добавляется динамическая стабильность именно тогда, когда необходимо. Дополнительная активная модуляция вольтдобавки TCSC (в зависимости от некоторых локально измеренных величин, например активной мощности) используется для обеспечения гашения электромеханических колебаний (0,1-2 Гц) в взаимосоединенной системе передачи. Благодаря данному признаку последовательный конденсатор для установившихся режимов может быть более низкого номинала и благодаря этому сохраняет низкую стоимость. An important advantage of TCSC is the ability to quickly control the degree of compensation. This makes TCSC very useful as a tool to improve network behavior after a failure. Due to this quality of TCSC, the degree of compensation of a series capacitor temporarily increases, accompanying a network failure. Thus, dynamic stability is added to the network (voltage and phase) exactly when necessary. The additional active modulation of the TCSC voltage boost (depending on some locally measured values, for example, active power) is used to suppress electromechanical vibrations (0.1-2 Hz) in an interconnected transmission system. Due to this feature, the series capacitor for steady-state modes can be of a lower nominal value and due to this, it retains a low cost.

В TCSC вся батарея конденсаторов или альтернативно секция батареи конденсаторов снабжена параллельным индуктором с тиристорным управлением, который распространяет импульсы тока, которые добавляются в фазу с током линии. Напряжение конденсатора, таким образом, повышается сверх уровня, который был бы достигнут одним лишь током линии. Каждый тиристор отпирается один раз за цикл и имеет интервал проводимости, который короче, чем половина цикла номинальной частоты питающей сети. Управляя дополнительным напряжением для его пропорциональности току линии, TCSC будет являться системой передачи, обладающей фактически увеличенным реактивным сопротивлением сверх физического реактивного сопротивления конденсатора.In TCSC, the entire capacitor bank or, alternatively, the capacitor bank section is equipped with a thyristor-controlled parallel inductor that propagates current pulses that are added to the phase with the line current. The voltage of the capacitor, therefore, rises above the level that would have been achieved only by the line current. Each thyristor is unlocked once per cycle and has a conduction interval that is shorter than half the cycle of the rated frequency of the supply network. By controlling the additional voltage to be proportional to the line current, the TCSC will be a transmission system that has actually increased reactance in excess of the physical reactance of the capacitor.

TCSC дает уникальную возможность применения последовательной компенсации в сетях, где имеется риск подсинхронного резонанса (SSR). SSR может возникать, когда дополнительная частота последовательного резонанса компенсационной линии совпадает со слабо погашенной частотой крутильного колебания вала турбогенератора. Результирующее взаимодействие может проявлять очень малое или даже отрицательное гашение. Это может быть причиной крутильного колебания с очень высокой амплитудой в системе вала турбогенератора. Такое колебание создает очень высокое механическое напряжение в вале. TCSC действует таким образом, чтобы устранить риск совпадения резонансных частот путем создания последовательных конденсаторов, действующих индукционно в полосе частот субсинхронного резонанса. Таким образом, присутствие последовательного резонанса в системе передачи для подсинхронных частот стало бы вообще невозможным. Таким образом, включая TCSC, можно облегчить ограничения степени компенсации, которые вызваны проблемами с SSR. Благодаря этому пропускная способность системы передачи повышается.TCSC provides a unique opportunity to apply sequential compensation in networks where there is a risk of sub-synchronous resonance (SSR). SSR can occur when the additional frequency of the serial resonance of the compensation line coincides with the weakly damped frequency of torsional vibration of the turbogenerator shaft. The resulting interaction can show very little or even negative damping. This may be the cause of torsional vibration with a very high amplitude in the turbogenerator shaft system. This oscillation creates a very high mechanical stress in the shaft. TCSC acts in such a way as to eliminate the risk of resonance frequencies coinciding by creating series capacitors acting inductively in the sub-synchronous resonance frequency band. Thus, the presence of series resonance in the transmission system for sub-synchronous frequencies would be completely impossible. In this way, including TCSC, limitations on the degree of compensation that are caused by problems with the SSR can be alleviated. Thanks to this, the transmission system capacity is increased.

Система управления TCSC должна учитывать ряд требований, на каждое из которых влияет реакция системы управления в определенные временные промежутки:The TCSC control system must take into account a number of requirements, each of which is affected by the reaction of the control system at certain time intervals:

- на поведение SSR влияет реакция TCSC на изменения тока линии в пределах менее 10 мс (диапазон частот от 10 до 50 Гц),- the behavior of the SSR is affected by the TCSC response to changes in line current within less than 10 ms (frequency range from 10 to 50 Hz),

- на управление вносимым реактивным сопротивлением в частоте сети влияет реакция TCSC на изменение амплитуды тока линии в течение 50-100 мс, и- the control of the introduced reactance in the network frequency is affected by the TCSC response to a change in the amplitude of the line current within 50-100 ms, and

- на управление мощностью системы питания, например добавление гашения электромеханических перепадов мощности, влияет реакция TCSC в течение нескольких циклов, т.е. 100-5000 мс (диапазон частот от 0,1 до 2 Гц).- power control of the power system, for example, the addition of damping of electromechanical power drops, is affected by the TCSC reaction for several cycles, i.e. 100-5000 ms (frequency range from 0.1 to 2 Hz).

При физическом подходе система управления реализовывалась бы как многоуровневая структура управления, где каждый уровень действует в определенный промежуток времени и где уровень с самой короткой «памятью» расположен наиболее близко к TCSC. Главное преимущество данного подхода состоит в том, что становится возможным обрабатывать различные задачи управления раздельно.With a physical approach, the control system would be implemented as a multi-level control structure, where each level operates for a certain period of time and where the level with the shortest “memory” is located closest to the TCSC. The main advantage of this approach is that it becomes possible to handle different control tasks separately.

Способ и оборудование управления для последовательного конденсатора, соединенного с линией электрического питания, ранее известны из патента США № 5801459. Целью управляющего оборудования является обеспечение простого и в принципе не допускающего потерь оборудования, которое эффективно гасит подсинхронные резонансы независимо от изменений рабочих условий. В известном оборудовании тиристорный вентиль управляется таким образом, что явный импеданс оборудования последовательного конденсатора в пределах всего диапазона, в котором может возникнуть колебание SSR, становится индуктивным вместо емкостного. The control method and equipment for a series capacitor connected to an electrical power line are previously known from US Pat. No. 5,801,459. The purpose of the control equipment is to provide simple and, in principle, loss-free equipment that effectively damps sub-synchronous resonances regardless of changes in operating conditions. In the known equipment, the thyristor valve is controlled in such a way that the apparent impedance of the series capacitor equipment within the entire range in which SSR oscillation can occur becomes inductive instead of capacitive.

Известное оборудование управляет полупроводниковым вентилем так, что точка перехода через ноль напряжения конденсатора остается равноудаленной во время процессов, когда ток линии содержит подсинхронные составляющие. Оборудование последовательного конденсатора будет систематически проявлять индуктивный характер в пределах всего диапазона частот, который представляет интерес для SSR. Такой индуктивный характер достигается независимо от состояния управления конденсатора, независимо от характеристик линии питания или сети питания и независимо от величины основной составляющей тока в линии питания.Known equipment controls a semiconductor valve so that the zero point of the capacitor voltage remains equidistant during processes when the line current contains sub-synchronous components. The series capacitor equipment will systematically exhibit an inductive character throughout the entire frequency range that is of interest to the SSR. Such an inductive character is achieved regardless of the control state of the capacitor, regardless of the characteristics of the power line or the power network and regardless of the magnitude of the main current component in the power line.

Средство конденсатора и параллельная ветвь, содержащая тиристор, включающий дроссель, формирует TCSC. Управляющее оборудование содержит цепь запуска, которая по командному сигналу посылает пусковой импульс тиристорному вентилю. Основываясь на измеренных мгновенных значениях напряжения конденсатора и тока линии, такая цепь компенсирует изменяющееся запаздывание между запуском тиристорного вентиля и точкой перехода через ноль напряжения конденсатора, которое возникает из-за конечного времени реверсирования цепи тиристор-индуктор-конденсатор. Компенсационная цепь запуска доставляет пусковые импульсы к тиристорному вентилю. Управляющее оборудование также содержит регулятор вольтдобавки, который, посылая команду цепи запуска, выполняет повышение уровня напряжения до требуемого.The capacitor means and the parallel branch containing the thyristor, including the inductor, forms a TCSC. The control equipment contains a trigger circuit, which, at the command signal, sends a trigger pulse to the thyristor valve. Based on the measured instantaneous values of the capacitor voltage and the line current, such a circuit compensates for the varying delay between the start of the thyristor valve and the zero point of the capacitor voltage, which occurs due to the finite reversal time of the thyristor-inductor-capacitor circuit. The start-up compensation circuit delivers start pulses to the thyristor valve. The control equipment also contains a voltage boost controller, which, by sending a start circuit command, performs an increase in the voltage level to the required level.

Несмотря на то что управляющее оборудование по патенту США № 5801459 эффективно понижает отрицательное гашение в широком диапазоне частот, там, где может появиться SSR, оно все еще зависит от присутствия положительного механического гашения в системе. В реальных системах механическое гашение всегда присутствует и оно положительное, несмотря на то что коэффициент гашения очень мал. Главным затруднением является то, что очень сложно определить точное значение механического гашения. Некоторые значения можно получить с помощью измерений на генераторе, если только он установлен. Однако невозможно получить гарантированные расчетные значения на стадии проектирования. Таким образом, потенциальный риск SSR должен определяться исходя из предполагаемых значений механического гашения, полученных из предшествующего эксперимента.Although control equipment of US Pat. No. 5,801,459 effectively reduces negative blanking over a wide frequency range, where SSR can occur, it still depends on the presence of positive mechanical blanking in the system. In real systems, mechanical damping is always present and it is positive, despite the fact that the damping coefficient is very small. The main difficulty is that it is very difficult to determine the exact value of mechanical quenching. Some values can be obtained using measurements on the generator, if only it is installed. However, it is not possible to obtain guaranteed design values at the design stage. Thus, the potential risk of SSR should be determined based on the expected values of mechanical extinction obtained from a previous experiment.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Главной целью настоящего изобретения является поиск путей улучшения управления сетью питания для уменьшения присутствия подсинхронных резонансов (SSR), которые могут нанести ущерб механическому или электрическому оборудованию.The main objective of the present invention is to find ways to improve power supply management to reduce the presence of sub-synchronous resonances (SSR), which can damage mechanical or electrical equipment.

Согласно изобретению данная цель достигается с помощью управляющего устройства, отличающегося признаками по независимому п.1 формулы изобретения, или способом, отличающимся стадиями по независимому п.8 формулы изобретения. Предпочтительный вариант осуществления описан в зависимых пунктах формулы изобретения.According to the invention, this goal is achieved using a control device that is characterized by features according to the independent claim 1 of the claims, or by a method characterized by steps according to the independent claim 8 of the claims. A preferred embodiment is described in the dependent claims.

Согласно изобретению TCSC управляется для получения положительного гашения модуляции мощности в узкой полосе частот вблизи дискретной частоты. Дискретная частота выбирается заранее и представляет собой собственную частоту крутильного колебания механической системы. Таким образом, когда такая частота дискретной модуляции появляется в линии передачи, TCSC управляется для увеличения гашения в узкой полосе частот вблизи дискретной частоты. Следовательно, благодаря средствам защиты положительное гашение от электрической сети системы питания не зависит от положительного гашения механической системы.According to the invention, the TCSC is controlled to obtain a positive damping of power modulation in a narrow frequency band near a discrete frequency. The discrete frequency is preselected and represents the natural frequency of the torsional vibration of the mechanical system. Thus, when such a discrete modulation frequency appears in the transmission line, the TCSC is controlled to increase the blanking in a narrow frequency band near the discrete frequency. Therefore, due to the protective means, positive damping from the electrical network of the power system does not depend on the positive damping of the mechanical system.

Дискретная частота из выборки является результатом расчета собственной частоты колебательного поведения системы. Дискретная частота также может быть выбрана из воспринятых собственных частот линии передачи. Следовательно, управление гашением может определяться исходя из непосредственной ситуации и не должно определяться до установки электростанции. В варианте осуществления изобретения гашение классифицируется по множеству дискретных частот.The discrete frequency from the sample is the result of calculating the natural frequency of the oscillatory behavior of the system. The discrete frequency can also be selected from the perceived natural frequencies of the transmission line. Therefore, blanking control can be determined based on the immediate situation and should not be determined prior to the installation of the power plant. In an embodiment of the invention, blanking is classified by a plurality of discrete frequencies.

В варианте осуществления изобретения появление дискретной частоты воспринимается фильтром полосы пропускания, действующим на измеряемую активную мощность в линии передачи. При восприятии сигнала, указывающего на наличие такой частоты, сигнал усиливается, и сдвигается фаза и подается на цепь запуска управляющего оборудования для TCSC, таким образом, производя положительное гашение в маленьком диапазоне вблизи воспринятой дискретной частоты.In an embodiment of the invention, the appearance of a discrete frequency is sensed by a bandpass filter acting on the measured active power in the transmission line. When a signal is detected, indicating the presence of such a frequency, the signal is amplified, and the phase is shifted and fed to the control circuit of the control equipment for the TCSC, thus producing positive blanking in a small range near the sensed discrete frequency.

В дополнительном варианте осуществления изобретения управляющее оборудование для TCSC содержит регулятор гашения и цепь запуска. Регулятор гашения принимает информацию о появлении дискретной частоты и обеспечивает управляющий сигнал для цепи запуска, которая обеспечивает гашение в узкой полосе частот вблизи дискретной частоты. В варианте осуществления управление гашением принимает информацию обратной связи от местных измерений на линии питания для управления выходным сигналом цепи запуска.In a further embodiment of the invention, the control equipment for the TCSC comprises a blanking regulator and a start circuit. The blanking regulator receives information about the appearance of a discrete frequency and provides a control signal for the trigger circuit, which provides blanking in a narrow frequency band near the discrete frequency. In an embodiment, the blanking control receives feedback information from local measurements on the power line to control the output of the trigger circuit.

Еще в одном дополнительном варианте осуществления изобретения управляющее оборудование содержит регулятор вольтдобавки и контур фазовой автоматической подстройки частоты (PLL). При таком варианте осуществления сигнал от вольтдобавочного управления и сигнал от управления гашением объединяются и подаются на цепь запуска. Еще в одном дополнительном варианте осуществления сигнал гашения может объединяться с сигналом от PLL. Так как электрическое гашение приближается к нулевой линии при использовании TCSC с управлением запуском, необходимо довольно малое дополнительное управление обратной связью, чтобы сделать электрическое гашение определенно положительным, тем самым устраняя зависимость от механического гашения.In a still further embodiment of the invention, the control equipment comprises a boost controller and a phase locked loop (PLL). In this embodiment, the signal from the boost control and the signal from the blanking control are combined and supplied to the start circuit. In yet a further embodiment, the blanking signal may be combined with the signal from the PLL. As the electrical blanking approaches the zero line when using TCSC with start control, a fairly small additional feedback control is needed to make electrical blanking definitely positive, thereby eliminating the dependence on mechanical blanking.

Идеальная система гашения воспринимает изменение скорости вращения генератора как входной сигнал и управляет приводом, который производит пропорциональные изменения тормозного момента. Однако, как правило, генератор располагается далеко от расположения последовательного конденсатора, и очень сложно и дорого обеспечивать надежную передачу сигнала с достаточно маленькой задержкой. Применение местных сигналов, которые настолько тесно связаны с изменением скорости вращения генератора, насколько то возможно, таким образом, выгодно.An ideal damping system perceives a change in the rotation speed of the generator as an input signal and controls the drive, which produces proportional changes in braking torque. However, as a rule, the generator is located far from the location of the series capacitor, and it is very difficult and expensive to provide reliable signal transmission with a fairly small delay. The use of local signals, which are so closely related to the change in the rotation speed of the generator, as much as possible, is thus advantageous.

Топология системы питания определяет, насколько сложно или легко осуществить такую дополнительную обратную связь гашения. Радиальная система, которая по своей топологии более склонна иметь проблемы SSR, также является одной из тех, в которых надежное дополнительное гашение может быть осуществлено наиболее просто.The topology of the power system determines how difficult or easy it is to implement such additional blanking feedback. A radial system that, by its topology, is more likely to have SSR problems, is also one of those in which reliable additional blanking can be carried out most simply.

Полный поток мощности в радиальной системе передачи отображает фазовый угол генератора относительно остальной системы питания. Полная мощность высока в момент, когда фаза генератора является опережающей фазой относительно остальной сети, и низка, когда фаза отстает. Таким образом, изменения фазы генератора получаются из местных измерений полного потока активной мощности в коридоре размещения последовательного конденсатора. Для получения информации о фактической фазе генератора или отклонениях скорости также применяются другие параметры, такие как местная частота.The total power flow in the radial transmission system displays the phase angle of the generator relative to the rest of the power system. The apparent power is high when the generator phase is the leading phase relative to the rest of the network, and low when the phase lags. Thus, changes in the phase of the generator are obtained from local measurements of the total flow of active power in the corridor of the serial capacitor. Other parameters, such as local frequency, are also used to obtain information about the actual phase of the generator or speed deviations.

Из измеренных параметров формируются соответствующие управляющие сигналы, которые добавляются к управлению TCSC таким образом, что в результате получается положительный вклад в электрическое гашение. Часто известны критические механические частоты в системе вала генерирующей станции, и тогда формируется дополнительный сигнал, чтобы обеспечить гашение на таких выбранных известных частотах.Corresponding control signals are generated from the measured parameters, which are added to the TCSC control in such a way that as a result a positive contribution to the electrical quenching is obtained. Critical mechanical frequencies are often known in the shaft system of the generating station, and then an additional signal is generated to provide damping at such selected known frequencies.

Система гашения согласно изобретению содержит систему управления TCSC с управлением запуском тиристора, которое по алгоритму в точности определяет конкретный момент для запуска тиристоров, и дополнительную систему гашения обратной связи, которая воспринимает локально измеренный сигнал как входной, и обеспечивает выходной сигнал, который применяется в качестве входного сигнала для управления запуском. Таким образом, сигнал гашения добавляется к выходному сигналу вольтдобавочного управления или сигналу PLL.The quenching system according to the invention comprises a TCSC control system with thyristor start control, which according to the algorithm precisely determines the specific moment for thyristor start, and an additional feedback suppression system that perceives a locally measured signal as input and provides an output signal that is used as input signal to control the launch. Thus, the blanking signal is added to the output of the boost control signal or the PLL signal.

В первом аспекте изобретения цель достигается с помощью управляющего устройства последовательным конденсатором с тиристорным управлением, присоединенного к линии передачи; причем управляющего устройства, содержащего управление запуском тиристора, которое реагирует на командный сигнал для создания пусковых импульсов для тиристорного вентиля в зависимости от тока линии и напряжения конденсатора, чтобы вызвать переключение вентиля в требуемый момент; командного управления, реагирующего на внешнюю фазу задающего сигнала для создания командных импульсов для управления запуском тиристора, где командное управление содержит управление гашением, реагирующее на наличие дискретной частоты в линии передачи для создания командных сигналов для управления запуском тиристора, чтобы достичь положительного гашения сети в диапазоне частот вблизи дискретной частоты. В варианте осуществления изобретения командное управление содержит вольтдобавочное управление и контур фазовой автоматической подстройки частоты.In a first aspect of the invention, the goal is achieved by a control device with a thyristor-controlled series capacitor connected to a transmission line; moreover, a control device comprising controlling the start of the thyristor, which responds to a command signal to create start pulses for the thyristor valve, depending on the line current and capacitor voltage, to cause the valve to switch at the required moment; a command control responsive to the external phase of the driving signal to generate command pulses for controlling the thyristor start-up, where the command control includes blanking control responsive to the presence of a discrete frequency in the transmission line to create command signals for controlling the thyristor start-up in order to achieve positive network blanking in the frequency range near discrete frequency. In an embodiment of the invention, the command control comprises a boost control and a phase locked loop.

Во втором аспекте изобретения цель достигается посредством способа обеспечения положительного гашения колебания дискретной частоты, присутствующей в линии передачи электроэнергии, причем линии передачи электроэнергии, содержащей средство последовательного конденсатора с тиристорным управлением с управлением запуском тиристора; способа, содержащего обеспечение сигнала, означающего присутствие колебания в линии передачи электроэнергии, фильтрации сигнала, восприятие наличия дискретной частоты, сдвиг фазы сигнала и посылку командного сигнала для управления запуском тиристора для создания эффекта гашения.In a second aspect of the invention, the object is achieved by a method for providing a positive damping of a discrete frequency oscillation present in an electric power transmission line, the electric power transmission line comprising a thyristor-controlled series capacitor means with thyristor start control; a method comprising providing a signal indicating the presence of an oscillation in an electric power transmission line, filtering a signal, sensing the presence of a discrete frequency, phase shifting the signal, and sending a command signal to control the triggering of the thyristor to create a quenching effect.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными для специалиста в данной области техники из следующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:The features and advantages of the present invention will become more apparent to a person skilled in the art from the following detailed description in combination with the accompanying drawings, in which:

на фиг.1 представлено принципиальное расположение механической системы, соединенной с электрической системой,figure 1 shows the principal arrangement of a mechanical system connected to an electrical system,

на фиг.2 представлена принципиальная схема управляющего устройства по изобретению,figure 2 presents a schematic diagram of a control device according to the invention,

на фиг.3 представлена диаграмма, показывающая действие управляющего устройства,figure 3 presents a diagram showing the action of the control device,

на фиг.4 представлен один из вариантов осуществления управляющего устройства по изобретению,figure 4 presents one of the embodiments of the control device according to the invention,

на фиг.5 представлен дополнительный вариант осуществления управляющего устройства.figure 5 presents an additional embodiment of a control device.

Описание предпочтительных вариантов осуществленияDescription of Preferred Embodiments

На фиг.1 показана механическая система 1, соединенная с электрической системой 2. Механическая система содержит турбину 3 и роторную часть 4 генератора 5, соединенную с турбиной через вал 6. Электрическая система содержит статорную часть 7 генератора и сеть 8, соединенную с генератором. Система механического вала отличается функцией передачи малого сигнала от отклонения приложенного момента к отклонению скорости вращения вала (система «Турбина и Вал»). Электрическая система может быть представлена блоком «Генератор и система передачи», который имеет функцию передачи от отклонения приложенной скорости к отклонению электрического момента. Эти две функции передачи соединены каскадно. Устойчивость системы обратной связи определяется свойствами электрической системы.Figure 1 shows a mechanical system 1 connected to an electric system 2. The mechanical system comprises a turbine 3 and a rotor part 4 of a generator 5 connected to a turbine through a shaft 6. The electric system contains a stator part 7 of a generator and a network 8 connected to a generator. The mechanical shaft system is distinguished by the function of transmitting a small signal from the deviation of the applied moment to the deviation of the shaft rotation speed ("Turbine and Shaft" system). The electrical system can be represented by the block "Generator and transmission system", which has the function of transmitting from the deviation of the applied speed to the deviation of the electric moment. These two transmission functions are cascaded. The stability of the feedback system is determined by the properties of the electrical system.

Когда скорость вращения вала генератора модулируется частотой f _мех, его фаза относительно остальной электрической сети будет изменяться с той же самой частотой. Активная мощность обменивается с сетью, когда колеблется с частотой f _мех . Фаза колебания привносит суб- и сверхсинхронные токи в систему передачи. Эти токи имеют частоты f _ген - f _мех и f _ген + f _мех соответственно. Подсинхронная частота f _ген - f _мех близка к f _ген, когда f _мех мала и когда импеданс сети является индуктивным, так как степень компенсации меньше чем 100%. Тогда изменение электрического момента противодействует модуляции скорости. Тем не менее, когда частота модуляции f _мех увеличивается, то подсинхронная частота f _ген - f _мех уменьшается. Если линия последовательно компенсирована пассивной конденсаторной батареей, то импеданс сети становится емкостным при определенной частоте и тогда электромеханический момент, созданный подсинхронным током, вместо увеличения модуляции скорости вала увеличивает амплитуду колебания.When the rotation speed of the generator shaft is modulated by the frequency f _mech , its phase relative to the rest of the electric network will change with the same frequency. Active power is exchanged with the network when it oscillates with a frequency f _mech . The oscillation phase introduces sub- and super-synchronous currents into the transmission system. These currents have frequencies f _gene - f _mech and f _gene + f _mech, respectively. The sub-synchronous frequency f _gene - f _mech is close to f _gene when f _mech is small and when the network impedance is inductive, since the degree of compensation is less than 100%. Then a change in the electric moment counteracts the modulation of speed. However, when the modulation frequency f _mech increases, the sub-synchronous frequency f _gene - f _mech decreases. If the line is sequentially compensated by a passive capacitor bank, then the network impedance becomes capacitive at a certain frequency and then the electromechanical moment created by the sub-synchronous current instead of increasing the modulation of the shaft speed increases the oscillation amplitude.

Средство последовательного конденсатора с тиристорным управлением (TCSC) по изобретению описано на фиг.2. Средство 11 конденсатора последовательно соединено в линии 12 передачи электрической мощности. Вторая ветвь, параллельная средству конденсатора, содержит средство 13 индуктора и тиристорный переключатель 14. Тиристорный переключатель содержит первое 15 и второе 16 средства тиристора, установленные в антипараллельных ветвях. Дополнительно TCSC содержит управляющее устройство 17, установленное для создания управления тиристорому переключателю в ответ на заданную операцию.The thyristor controlled series capacitor (TCSC) means of the invention is described in FIG. The capacitor means 11 is connected in series in the electric power transmission line 12. The second branch parallel to the capacitor means comprises inductor means 13 and a thyristor switch 14. The thyristor switch contains the first 15 and second 16 thyristor means installed in antiparallel branches. Additionally, the TCSC includes a control device 17 that is installed to create control of the thyristor switch in response to a given operation.

Управляющее устройство содержит управление 18 запуском и командное управление 19. Управляющее устройство дополнительно содержит средство 20 восприятия напряжения, выполненное с возможностью измерения напряжения конденсатора, и средство 21 восприятия тока. Дополнительное средство 25 восприятия напряжения выполнено с возможностью измерения напряжения линии. Средство восприятия напряжения может содержать в качестве примера трансформатор напряжения или делитель напряжения с передачей оптического сигнала. Управление запуском содержит компьютерное средство для вычисления точного момента для запуска тиристоров в ответ на командный сигнал и напряжения конденсатора для осуществления перехода через ноль напряжения конденсатора в момент, заданный командой.The control device comprises a start control 18 and command control 19. The control device further comprises a voltage sensing means 20 configured to measure a capacitor voltage, and a current sensing means 21. Additional voltage sensing means 25 is configured to measure line voltage. The voltage sensing means may comprise, as an example, a voltage transformer or voltage divider with transmission of an optical signal. The start control comprises computer means for calculating the exact moment for starting the thyristors in response to a command signal and capacitor voltages, in order to make the capacitor voltage go through zero at the moment specified by the command.

Командное управление содержит вольтдобавочное управление 22 и средство 23 контура фазовой автоматической подстройки частоты (PLL) для обеспечения равноудаленности командных импульсов к командному управлению. Командное управление дополнительно содержит управление 24 гашением. Управление гашением вычисляет сигнал гашения в ответ на ток линии и напряжение линии. Управление гашением содержит средство фильтрации для обнаружения дискретной частоты местных измерений. Следовательно, управление гашением действует по сигналу, содержащему комбинацию сигналов тока линии и напряжения в линии передачи (например, активной мощности). Дополнительно средство гашения содержит компьютерное средство для создания командного сигнала управлению запуском, воздействующего на создание положительного гашения электрической сети в узкой полосе частот вблизи дискретной частоты. Дискретная частота является выбранной частотой из одной из собственных частот механической системы. Обеспечивая положительное гашение в полосе частот вблизи такой дискретной частоты, для затухания обеспечивается выходная собственная частота.The command control comprises a boost control 22 and a phase-locked loop (PLL) means 23 for ensuring equidistance of the command pulses to the command control. Command control further includes 24 blanking control. The blanking control calculates the blanking signal in response to line current and line voltage. The blanking control comprises a filtering means for detecting a discrete frequency of local measurements. Therefore, the blanking control operates on a signal containing a combination of line current signals and voltage in the transmission line (for example, active power). Additionally, the blanking means comprises computer means for generating a command signal for controlling the start-up, which acts to create a positive blanking of the electric network in a narrow frequency band near a discrete frequency. The discrete frequency is the selected frequency from one of the natural frequencies of the mechanical system. Providing positive blanking in the frequency band near such a discrete frequency, an output natural frequency is provided for attenuation.

В общем случае условия гашения для электрической подсистемы могут быть охарактеризованы кривой, которая показывает связь между составляющей фазы со скоростью модуляции электрического момента и скоростью модуляции самой по себе. На фиг.3 нарисованы такие кривые для определенного генератора в радиальной сети передачи. Точечная линия показывает отрицательное электрическое гашение в широком диапазоне частот от 15 Гц до примерно 30 Гц, являющееся результатом электрического гашения для последовательной компенсации с применением только фиксированных батарей конденсаторов. Эти характеристики делают невозможным применение последовательной компенсации с заданной степенью компенсации, если система вала генератора имеет какой-нибудь значительный вид перепада в пределах диапазона.In the general case, the quenching conditions for the electrical subsystem can be characterized by a curve that shows the relationship between the phase component with the modulation rate of the electric moment and the modulation rate per se. Figure 3 shows such curves for a particular generator in a radial transmission network. The dotted line shows negative electrical blanking over a wide frequency range from 15 Hz to about 30 Hz, resulting from electrical blanking for sequential compensation using only fixed capacitor banks. These characteristics make it impossible to apply sequential compensation with a given degree of compensation if the generator shaft system has any significant difference type within the range.

Реактивное сопротивление индуктивности в TCSC намного меньше, чем реактивное сопротивление батареи конденсаторов; обычно отношение диапазонов составляет от 5 до 15 раз. TCSC управляется по фазовому углу, и тиристорная ветвь пропускает короткие импульсы тока в течение каждого полуцикла частоты сети. TCSC имеет совершенно отличную реакцию на подсинхронные токи линии, чем фиксированный последовательный конденсатор. На низких частотах кажущийся импеданс TCSC приближается к нулю, тогда как реактивное сопротивление для фиксированного последовательного конденсатора приближается к отрицательной бесконечности. Эксперименты показывают, что кажущийся импеданс части с тиристорным управлением TCSC может оставаться индуктивным во всем диапазоне частот подсинхронного резонанса приблизительно от 10 Гц до приблизительно 30-45 Гц (50 Гц системы) или 40-55 Гц (60 Гц). Когда участок установленных фиксированных последовательных конденсаторов заменяется на TCSC, кривая электрического гашения преобразуется так, как показано пунктирной линией на фиг.3.The inductance reactance in a TCSC is much less than the reactance of a capacitor bank; usually the ratio of the ranges is from 5 to 15 times. The TCSC is phase angle controlled and the thyristor branch transmits short current pulses during each half cycle of the network frequency. TCSC has a completely different response to subsynchronous line currents than a fixed series capacitor. At low frequencies, the apparent impedance of the TCSC approaches zero, while the reactance for a fixed series capacitor approaches negative infinity. Experiments show that the apparent impedance of a thyristor-controlled TCSC part can remain inductive in the entire frequency range of the sub-synchronous resonance from about 10 Hz to about 30-45 Hz (50 Hz of the system) or 40-55 Hz (60 Hz). When the fixed fixed series capacitors portion is replaced with TCSC, the electrical blanking curve is converted as shown by the dashed line in FIG. 3.

На фиг.3 также показана кривая электрического гашения, черная линия, в определенном случае, когда дополнительное гашение по изобретению было добавлено к механическим частотам 13,8 Гц и 24,5 Гц. В примере ширина полосы частот активного гашения при более низкой частоте была выбрана более узкой, чем при более высокой частоте.Figure 3 also shows the electric blanking curve, a black line, in a specific case, when the additional blanking according to the invention was added to the mechanical frequencies of 13.8 Hz and 24.5 Hz. In the example, the active quenching bandwidth at a lower frequency was chosen narrower than at a higher frequency.

На фиг.4 показана радиальная система, имеющая несколько параллельных линий в коридоре передачи большой мощности. Турбина 3 и генератор 7 присоединены к первой линии передачи 12а и ко второй линии передачи 12б. Обе линии передачи содержат TCSC по изобретению. Управление 24 гашением воспринимает местный сигнал p(t) от первой и второй линий передачи. Сигнал фильтруется первым полосовым фильтром 26 и вторым полосовым фильтром 28. Эти фильтры настроены на обнаружение дискретной частоты задания. При появлении сигнала от первого фильтра сигнал от первого регулятора 27 усиления сдвигает сигнал по фазе. При появлении сигнала от второго фильтра второй регулятор 29 усиления сдвигает сигнал по фазе. Оба таких сигнала добавляются перед отправкой к управлению запуском.Figure 4 shows a radial system having several parallel lines in the transmission corridor of high power. The turbine 3 and the generator 7 are connected to the first transmission line 12a and to the second transmission line 12b. Both transmission lines contain the TCSC of the invention. The blanking control 24 receives the local signal p (t) from the first and second transmission lines. The signal is filtered by the first bandpass filter 26 and the second bandpass filter 28. These filters are configured to detect a discrete reference frequency. When a signal from the first filter appears, the signal from the first gain control 27 shifts the signal in phase. When a signal from the second filter appears, the second gain control 29 shifts the signal in phase. Both of these signals are added before being sent to trigger control.

В другом альтернативном варианте используют измеренное напряжение и ток в узле TCSC. Импеданс линии от узла до точки, близкой к генератору, известен, и, следовательно, можно оценить вектор напряжения в данной точке. Скорость (частота) вектора напряжения отражает механическую скорость вращения генератора. Следовательно, его можно использовать в качестве входного сигнала для дополнительной системы гашения. На фиг.5 показана такая система.In another alternative, the measured voltage and current at the TCSC are used. The impedance of the line from the node to a point close to the generator is known, and therefore, it is possible to estimate the voltage vector at this point. The speed (frequency) of the voltage vector reflects the mechanical speed of rotation of the generator. Therefore, it can be used as an input to an additional blanking system. Figure 5 shows such a system.

На фиг.5 показан второй вариант осуществления управления гашением. Второй вариант осуществления имеет такую же принципиальную структуру, как вариант осуществления, показанный на фиг.4, и использованы такие же числа указателей. Однако в таком варианте осуществления сигнал, воспринимаемый фильтрами, оценивается с обоих измерений тока и измерений напряжения на обеих линиях передачи. Средство 31 оценки доставляет сигнал средству 30 измерения частоты в ответ на информацию, полученную от линий передачи. Первый 26 и второй 28 фильтры выполнены с возможностью обнаружения наличия первой и второй дискретной частоты от сигнала, подводимого от средства 30 измерения.5 shows a second extinguishing control embodiment. The second embodiment has the same basic structure as the embodiment shown in FIG. 4, and the same number of pointers are used. However, in such an embodiment, the signal received by the filters is estimated from both current measurements and voltage measurements on both transmission lines. The estimator 31 delivers a signal to the frequency meter 30 in response to information received from the transmission lines. The first 26 and second 28 filters are configured to detect the presence of the first and second discrete frequencies from the signal supplied from the measuring means 30.

Помимо того что рамки изобретения не должны ограничиваться представленными вариантами осуществления, они также должны включать в себя варианты осуществления, очевидные специалисту в данной области техники. Например, средство фильтра может содержать множество фильтров, каждый из которых спроектирован для обнаружения наличия, по меньшей мере, одной из множества заданных дискретных частот.In addition to the scope of the invention should not be limited to the presented options for implementation, they should also include options for implementation, obvious to a person skilled in the art. For example, the filter means may comprise a plurality of filters, each of which is designed to detect the presence of at least one of a plurality of predetermined discrete frequencies.

Claims

1. Device (17) for controlling means of a thyristor-controlled series capacitor connected to an electric power transmission line (12), the control device comprising a thyristor start-up control unit (18) containing means for zeroing the required capacitor voltage, depending on line current and capacitor voltage in response to a command signal; and a command control unit (19) for providing a command signal for controlling the triggering of the thyristor, characterized in that the command control unit (19) comprises a blanking control unit (24) comprising means for providing blanking at least at one discrete frequency.

2. The device according to claim 1, in which the command control unit comprises a voltage boost control unit (22) and a phase automatic frequency control loop (23).

3. The device according to claim 2, in which the bandwidth of the thyristor start control unit (18) is larger than the bandwidth of the voltage-boost control unit (22) and the phase-locked loop (23).

4. The device according to any one of claims 2 or 3, in which, in the absence of a discrete frequency, the command control unit makes an equidistant transition through the zero voltage of the capacitor.

5. A device according to any one of claims 1, 2 or 3, wherein the blanking control unit (24) comprises filtering means (26).

6. The device according to any one of claims 1, 2 or 3, wherein the blanking control unit comprises means (27) that increase and shift the phase.

7. The device according to any one of claims 1, 2 or 3, wherein the blanking control unit comprises frequency measuring means (30) and evaluation means (31).

8. A method of providing positive damping of a discrete frequency fluctuation present in an electric power transmission line (12), the electric power transmission line (12) comprising a thyristor-controlled series capacitor with a thyristor start control unit (18), characterized in that it provides a signal, representing an oscillation present in an electric power transmission line; filter the signal, determine the presence of a discrete frequency, carry out a phase shift of the signal and send the command signal to the thyristor start-up control unit to extinguish the effect, moreover, the command signal from the boost control unit is added to the suppression signal, and the command signal from the boost control unit responds to the phase loop signal automatic frequency tuning.

9. The method according to claim 8, in which the signal is the frequency of the estimated voltage in the node close to the generator, and the estimated voltage is reproduced from the measured line current and voltage in the position of series-connected thyristor-controlled capacitors (TCSC) using a known line impedance between the position TCSC and generator.