本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種混合式勵磁裝置及其控制裝置、控制方法，以及基于混合式勵磁裝置的發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大、遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電線路的出現(xiàn)、以及大型發(fā)電機(jī)普遍使用快速勵磁系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置、提高系統(tǒng)發(fā)、輸電經(jīng)濟(jì)性和可靠性的同時(shí)，也帶來了一系列新的問題，其突出表現(xiàn)為由于互聯(lián)系統(tǒng)阻尼不足而導(dǎo)致的大范圍區(qū)域間的功率振蕩，同時(shí)還存在部分地區(qū)動態(tài)無功補(bǔ)償能力下降，系統(tǒng)阻尼不足，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)對于提高穩(wěn)定性有著重要的影響，在眾多提高穩(wěn)定性的措施中(例如快關(guān)汽門、電阻制動、串并聯(lián)補(bǔ)償?shù)?，勵磁系統(tǒng)控制是效益與投資比最高的，是首選措施。

2、傳統(tǒng)的自并勵勵磁系統(tǒng)在故障時(shí)存在機(jī)端電壓下降甚至引發(fā)發(fā)電機(jī)失磁的可能；針對電網(wǎng)電壓驟降問題，傳統(tǒng)的勵磁系統(tǒng)通過注入或吸收無功電流，影響網(wǎng)側(cè)電壓，這種控制電壓的方法在精確性和快速性方面有所欠缺，不能滿足敏感性電力負(fù)荷對電能質(zhì)量的要求；針對系統(tǒng)無功、阻尼不足問題，客觀上要求增加電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)娜萘?，svc(static?varcompensator,靜止無功補(bǔ)償器)和statcom(static?synchronous?compensator,靜止同步補(bǔ)償器)以及同步調(diào)相機(jī)均是常用的無功補(bǔ)償裝置。其中，同步調(diào)相機(jī)具有更加優(yōu)越的性能，特別是其短時(shí)過載能力對故障情況下的系統(tǒng)電壓有很強(qiáng)的支撐作用。由于運(yùn)維工作量大及電能損耗高，同步調(diào)相機(jī)的年運(yùn)行費(fèi)用較高。另外傳統(tǒng)自并勵勵磁系統(tǒng)采用晶閘管整流，晶閘管換相方式將產(chǎn)生大量諧波，諧波不但會影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，還會對臨近設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾同時(shí)移相控制造成電流滯后于電壓相位，導(dǎo)致功率因數(shù)的降低，惡化電能質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的，在于提供一種混合式勵磁裝置及其控制裝置、控制方法、發(fā)電系統(tǒng)，能夠提高發(fā)電系統(tǒng)的勵磁電流控制能力，以及向電網(wǎng)提供無功支撐的能力，以大幅減小交流系統(tǒng)短路故障、開路故障以及電壓波動等影響，提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

2、為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

3、一種混合式勵磁裝置，包括第一三相整流電路和第二三相整流電路，其中，第一三相整流電路的直流側(cè)輸出端連接發(fā)電機(jī)勵磁繞組的第一端，第一三相整流電路的交流側(cè)通過第一勵磁變壓器連接至發(fā)電機(jī)機(jī)端；第二三相整流電路的直流側(cè)輸出端連接發(fā)電機(jī)勵磁繞組的第二端，第二三相整流電路的交流側(cè)通過第二勵磁變壓器連接至發(fā)電機(jī)機(jī)端；所述第一三相整流電路的直流側(cè)負(fù)、正極與第二三相整流電路的直流側(cè)正、負(fù)極串聯(lián)連接；基于此，第一、第二三相整流電路的直流側(cè)與發(fā)電機(jī)的勵磁繞組相連構(gòu)成第一通道，在第二開關(guān)信號的控制下通過發(fā)電機(jī)間接向電網(wǎng)吸收或注入無功功率；同時(shí)，第二三相整流電路的交流端與發(fā)電機(jī)機(jī)端連接構(gòu)成第二通道，在第一開關(guān)信號的控制下直接向電網(wǎng)吸收或注入無功功率。

4、上述第一三相整流電路采用基于晶閘管的三相橋臂結(jié)構(gòu)，各相橋臂均包含兩只晶閘管，記為第一晶閘管與第二晶閘管；第一晶閘管的陰極作為橋臂的第一端，第一晶閘管的陽極與第二晶閘管的陰極相連作為橋臂中點(diǎn)，第二晶閘管的陽極作為橋臂的第二端；第一三相整流電路中，三相橋臂的第一端相連作為三相整流電路的負(fù)極，三相橋臂的第二端相連作為三相整流電路的正極，三相橋臂的橋臂中點(diǎn)作為輸出端，各晶閘管的門極用于接收第二開關(guān)信號。

5、上述第二三相整流電路采用三相橋臂結(jié)構(gòu)，各相橋臂均包含兩只并聯(lián)二極管的igbt，記為第一igbt與第二igbt；各igbt的發(fā)射極與集電極分別與其所并聯(lián)的二極管的正、負(fù)極相連；第一igbt的集電極作為橋臂的第一端，第一igbt的發(fā)射極與第二igbt的集電極相連作為橋臂中點(diǎn)，第二igbt的發(fā)射極作為橋臂的第二端；第二三相整流電路中，三相橋臂的第一端相連作為三相整流電路的正極，三相橋臂的第二端相連作為三相整流電路的負(fù)極，三相橋臂的橋臂中點(diǎn)作為輸出端，各igbt的門極用于接收第一、第二開關(guān)信號。

6、上述第二三相整流電路和第一三相整流電路還通過開關(guān)陣列作為過渡進(jìn)行相連，即第二三相整流電路與開關(guān)陣列直接相連，開關(guān)陣列的正、負(fù)極再分別與第一三相整流電路的負(fù)、正極相連。

7、如前所述的混合式勵磁裝置的控制裝置，包括直接無功控制模塊和間接無功控制模塊；

8、所述直接無功控制模塊用于向第二三相整流電路提供第一開關(guān)信號，控制第二三相整流電路中全控器件的開斷，使混合式勵磁裝置通過第二通道直接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率等于直接無功功率指令值；

9、所述間接無功控制模塊用于向第一三相整流電路、第二三相整流電路提供第二開關(guān)信號，控制第一三相整流電路與第二三相整流電路中各可控器件的開斷，使混合式勵磁裝置通過第一通道間接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率等于間接無功功率指令值。

10、上述直接無功控制模塊根據(jù)混合式勵磁裝置通過第二通道直接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率反饋值和直接無功功率指令值獲取第一開關(guān)信號，以控制第二三相整流電路中全控器件的開斷，使混合式勵磁裝置通過第二通道直接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率等于直接無功功率指令值；

11、所述間接無功控制模塊根據(jù)混合式勵磁裝置通過第一通道間接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率反饋值和間接無功功率指令值獲取第二開關(guān)信號，以控制第一三相整流電路與第二三相整流電路中各可控器件的開斷，使混合式勵磁裝置通過第一通道間接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率等于間接無功功率指令值。

12、如前所述的混合式勵磁裝置的控制方法，包括，

13、以第一開關(guān)信號控制第二三相整流電路中全控器件的開斷，使混合式勵磁裝置通過第二通道直接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率等于直接無功功率指令值；

14、以第二開關(guān)信號控制第一三相整流電路與第二三相整流電路中各可控器件的開斷，使混合式勵磁裝置通過第一通道間接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率等于間接無功功率指令值。

15、上述第一開關(guān)信號的獲取方法是，從發(fā)電機(jī)機(jī)端獲得混合式勵磁裝置通過第二通道直接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率反饋值，并根據(jù)該無功功率反饋值和直接無功功率指令值獲取第一開關(guān)信號；

16、所述第二開關(guān)信號的獲取方法是，從發(fā)電機(jī)機(jī)端獲得混合式勵磁裝置通過第一通道間接向電網(wǎng)吸收或注入的無功功率反饋值，并根據(jù)該無功功率反饋值和間接無功功率指令值獲取第二開關(guān)信號。

17、上述直接無功功率指令值和間接無功功率指令值由無功功率指令值按照預(yù)設(shè)的比例劃分而得，且直接無功功率指令值小于間接無功功率指令值。

18、一種發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、主變壓器，發(fā)電機(jī)機(jī)端經(jīng)由主變壓器連接至電網(wǎng)；還包括如前所述的混合式勵磁裝置。

19、采用上述方案后，本發(fā)明能夠取得以下有益效果：

20、(1)本發(fā)明中，發(fā)電系統(tǒng)所包含的混合式勵磁裝置具有兩個通道，其中一個通道可以迅速向電網(wǎng)提供無功支撐，另一個通道可以向電網(wǎng)提供更大、更穩(wěn)定的無功支撐，兩個通道協(xié)同運(yùn)作，能夠提高對電網(wǎng)提供無功支撐的能力，減少電網(wǎng)中同步調(diào)相機(jī)的使用，減少電網(wǎng)的運(yùn)行成本。

21、(2)本發(fā)明中，發(fā)電系統(tǒng)所包含的混合式勵磁裝置具有兩個通道，其中的一個通道可以為發(fā)電機(jī)提供勵磁電流，能夠提高發(fā)電系統(tǒng)的勵磁電流控制能力，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)防止勵磁電流減小而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)勵磁能力下降，從而防止機(jī)端電壓下降，提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

22、(3)本發(fā)明中，第一三相整流電路與第二三相整流電路在直流側(cè)串聯(lián)，共同承擔(dān)勵磁電壓，第二三整流電路的加入改善了第一三相整流電路的運(yùn)行環(huán)境，提高了系統(tǒng)的勵磁能力，使系統(tǒng)可以更加安全可靠運(yùn)行。

23、(4)本發(fā)明中，第一三相整流電路與第二三相整流電路在交流側(cè)串聯(lián)，第二三相整流的加入可以更加快速地為系統(tǒng)提供無功支撐，維持電壓穩(wěn)定，同時(shí)可以提供諧波電流補(bǔ)償，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)提高電能質(zhì)量，對提高勵磁及發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定大有裨益。