专利名称：一种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法
技术领域：
本发明属于电力系统稳定与控制领域，尤其涉及一种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法。
背景技术：
随着我国电力系统的不断发展，大容量、远距离、跨区域输电已经成为电力系统发展的必然趋势。固定串联电容补偿及高压直流输电(HVDC)是提高电力系统输送能力及稳定性的经济有效措施。然而，固定串联电容补偿会弓I起发电机组的次同步谐振，HVDC又会与距离其较近的发电机组发生相互激励，产生次同步振荡，这两种现象都有可能导致发电机组的轴系疲劳，甚至可能引起轴系断裂。在次同步振荡抑制方面，国内外学者相继提出了一些 抑制方法，大部分已经投入现场使用，如阻塞滤波器、附加励磁阻尼控制、静止无功补偿器、直流附加阻尼控制等。但这些方法在响应速度、占地面积、抑制由固定串补引起的次同步谐振，由HVDC、PSS及FACTS装置引起的次同步振荡的综合能力等方面均存在一定的缺陷，尚需一种弥补上述缺点的抑制方法。
发明内容
针对上述背景技术中提到的现有次同步振荡存在响应速度慢等不足，本发明提出了一种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法。本发明的技术方案是，一种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法，其特征在于步骤I :采集发电机的转速偏差信号，从中提取转速偏差中的次同步频率分量；步骤2 :采集全控型逆变器接入点所在的线路的电流，提取出其中的线路电流d轴分量中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量；步骤3 :采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量；步骤4 :将转速偏差中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量作为全控型逆变器控制器的q轴输入量；将全控型逆变器的直流电容的电压偏差量和线路电流d轴分量中的次同步频率分量作为全控型逆变器控制器的d轴输入量；步骤5 :全控型逆变器的控制器的q轴输入量和全控型逆变器的控制器的d轴输入量在全控型逆变器的输出电压中产生相应的电压分量，进而产生抑制次同步振荡和维持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。所述发电机的转速偏差信号通过模态滤波器采集。所述全控型逆变器采用主拓扑结构。所述主拓扑结构包括三相两电平结构、多重化结构、嵌入式多电平结构、H桥级联结构和MMC结构。所述线路电流d轴分量中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量通过次同步电流滤波器提取。
本发明响应速度快，波形调制能力强，输出谐波小；稳态情况下处于接近零输出状态，对电力系统影响小；并联接入系统灵活，能够有效抑制各种原因引起的次同步振荡；与SVC相比，基本不受接入点系统电压影响，占地面积小。
图I是次同步振荡阻尼阻断抑制方法示意图；图2是次同步电流滤波器原理示意图；图3是模态滤波器原理示意图；图4是IEEE第一标准模型发生三相接地故障时发电机的转矩仿真曲线图； 图5是采用本发明的方法的IEEE第一标准模型中的发电机端发生三相接地故障时，发电机的转矩仿真曲线图。
具体实施例方式下面结合附图，对次同步振荡阻尼阻断结合抑制方法进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明提供一种基于全控型逆变器的抑制次同步振荡的阻尼阻断结合方法，用以进行电力系统中次同步振荡的抑制全控型逆变器经连接变压器或小电感并联接入系统，采用dq解耦的直接电流控制，经次同步电流滤波器，在dq坐标系下提取全控型逆变器接入点系统侧电流中的次同步分量，将其分别作为控制器d轴和q轴的外环输入，用以产生阻断线路次同步电流的电流量；经模态滤波器，提取发电机转速偏差中的次同步频率分量，将其作为控制器q轴的外环输入，用以产生阻尼发电机组轴系扭振的电流量；将全控型逆变器直流侧的电容电压(H桥级联全控型逆变器取整体直流电压平均值)偏差量作为控制器d轴的外环输入，用以产生稳定直流侧电容电压的电流量。本发明借助全控型逆变器，通过dq解耦的直接电流控制，调制出抑制次同步振荡的电流量，其中，一部分电流与全控型逆变器接入点系统侧的次同步电流量大小相等方向相反，根据基尔霍夫电流定理，全控型逆变器接入点发电机侧的次同步电流接近零，从而达到阻断次同步电流流入发电机的目的。但在扰动初始阶段，由于全控型逆变器的控制需要一定的响应时间和跟踪过程，发电机的轴系仍然受到次同步电流的扰动，产生扭转振荡。因此，还需要全控型逆变器产生另一部分的次同步电流分量，该分量流入发电机定子产生抑制发电机次同步振荡的阻尼转矩，从而减小轴系扭振的幅值、加快轴系扭振的衰减速度。本发明方法的步骤为步骤I :采集发电机的转速偏差信号，通过模态滤波器，提取转速偏差中的次同步频率分量；步骤2 :采集全控型逆变器接入点所在的线路的电流，通过次同步电流滤波器，提取出其中的线路电流d轴分量中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量;步骤3 :采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量；步骤4 :将转速偏差中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量作为全控型逆变器控制器的q轴输入量；将全控型逆变器的直流电容的电压偏差量和线路电流d轴分量中的次同步频率分量作为全控型逆变器控制器的d轴输入量；步骤5 :全控型逆变器的控制器的q轴输入量和全控型逆变器控制器的d轴输入量在全控型逆变器的输出电压中产生相应的电压分量，进而产生抑制次同步振荡和维持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。在上述方法步骤中，全控型逆变器采用的主拓扑结构；主拓扑结构包括三相两电平结构、多重化结构、嵌入式多电平结构、H桥级联结构和MMC结构；全控型逆变器通过连接变压器或小电感并联接入系统，可接入的点包括发电机机端、发电机出口变压器高压侧、系统中的线路。通过将线路中的次同步电流反注入系统，迅速阻断次同步电流流入发电机；通过引入发电机转速偏差中的模态分量产生相应的次同步电流注入系统，快速阻尼发电机轴系的扭振。图I是基于SPWM控制的全控型逆变器用于抑制次同步振荡的阻尼与阻断结合法 的控制框图。在发电机的转速偏差信号中，经过模态滤波器，提取发电机轴系扭振频率的模态分量，将其作为控制器的q轴输入量之一；在全控型逆变器接入点的系统侧电流中，经过次同步电流滤波器，提取线路中次同步电流的dq轴分量，分别将其作为控制器的dq轴输入量之一；将全控型逆变器的直流电容电压偏差量作为控制器的d轴输入量之一。转速偏差的次同步分量A COfflode与线路电流的q轴次同步频率量Iki nrode经PI调节后形成控制器外环输入的q轴参考电流iq—，与全控型逆变器输出电流的q轴分量i,相减后作用于内环，最终形成调制波的q轴电压分量Uiq ;线路电流的d轴次同步频率量ffl0de与直流电压的偏差量A Udc经PI调节后形成控制器外环输入的d轴参考电流id OTd ，与全控型逆变器输出电流的d轴分量id相减后作用于内环，最终形成调制波的d轴电压分量Uid ;调制波的dq轴电压分量经dq/abc变换后，形成调制波的三相电压量，与载波比较后，形成控制全控型开关器件通断的脉冲触发信号。根据SPWM的控制原理，全控型逆变器输出的电压中将含有与调制波同频率、同相位、幅值受控的次同步频率分量。该分量与接入点系统电压共同作用于连接变压器的漏抗或小电感，产生相应频率的次同步电流。当控制器的PI参数设置合理时，通过调节全控型逆变器输出电压的次同步分量，一方面产生稳定直流电容电压的电流分量，另一方面产生阻尼发电机组轴系扭振的次同步电流分量和阻断系统次同步电流的反相电流分量。电压量在abc坐标系与dq坐标系之间的变换关系如下公式所示
权利要求
1.一种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法，其特征在于 步骤I:采集发电机的转速偏差信号，从中提取转速偏差中的次同步频率分量； 步骤2 :采集全控型逆变器接入点所在的线路的电流，提取出其中的线路电流d轴分量中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量； 步骤3 :采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量； 步骤4:将转速偏差中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量作为全控型逆变器控制器的q轴输入量；将全控型逆变器的直流电容的电压偏差量和线路电流d轴分量中的次同步频率分量作为全控型逆变器控制器的d轴输入量； 步骤5 :全控型逆变器的控制器的q轴输入量和全控型逆变器的控制器的d轴输入量在全控型逆变器的输出电压中产生相应的电压分量，进而产生抑制次同步振荡和維持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。
2.根据权利要求I所述的ー种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法，其特征是所述发电机的转速偏差信号通过模态滤波器采集。
3.根据权利要求I所述的ー种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法，其特征是所述全控型逆变器采用主拓扑结构。
4.根据权利要求3所述的ー种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法，其特征是所述主拓扑结构包括三相两电平结构、多重化结构、嵌入式多电平结构、H桥级联结构和MMC结构。
5.根据权利要求I所述的ー种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法，其特征是所述线路电流d轴分量中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量通过次同步电流滤波器提取。
全文摘要
本发明公开了电力系统稳定与控制领域中的一种基于全控型逆变器的次同步振荡抑制方法。本发明提取发电机转速偏差信号中的次同步频率分量、线路电流d轴分量中的次同步频率分量和线路电流q轴分量中的次同步频率分量，采集全控型逆变器的直流电容的电压偏差量；将上述各量输入全控型逆变器中产生相应的电压分量，进而产生抑制次同步振荡和维持全控型逆变器直流电压稳定的电流分量。本发明响应速度快，能够有效抑制各种原因引起的次同步振荡。
文档编号H02J3/24GK102769297SQ201210241348
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者张剑, 杨琳, 肖湘宁, 郭春林, 高本锋 申请人:华北电力大学