一種抑制次同步振蕩的統(tǒng)一潮流控制器附加阻尼控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明設(shè)及一種抑制次同步振蕩的統(tǒng)一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC)附加阻尼控制系統(tǒng)，屬于次同步振蕩（Subsynchronous Oscillation, SS0)抑制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國"西電東送"電力發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，為滿足遠(yuǎn)離負(fù)荷中屯、的大型電源基地 電力外送需求，串聯(lián)電容補(bǔ)償輸電、高壓直流輸電化VDC)在我國得到了廣泛的應(yīng)用;然而， 串聯(lián)電容補(bǔ)償輸電和高壓直流輸電在提高系統(tǒng)輸電能力、帶來巨大經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也使電 力系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的SSO問題。
[0003] 作為現(xiàn)今功能最為強(qiáng)大的柔性交流輸電(FACTS)裝置，統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)不 僅可向系統(tǒng)提供無功補(bǔ)償、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)有功潮流和無功潮流的有效控 審IJ，在電力系統(tǒng)中擁有廣泛的推廣應(yīng)用前景?，F(xiàn)有的統(tǒng)一潮流控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的次同 步振蕩比較大。
[0004] UPFC裝置包括并聯(lián)側(cè)變壓器-換流器、串聯(lián)側(cè)變壓器-換流器和直流電容，UPFC并 聯(lián)側(cè)換流器(VSCl)和串聯(lián)側(cè)換流器(VSC2)分別采用兩端節(jié)點(diǎn)電壓定向的矢量控制。在其控 制器的調(diào)節(jié)作用下，UPFC串/并聯(lián)側(cè)換流器分別向系統(tǒng)輸出幅值和相角可控的電壓Use和 UshDUPFC裝置接線示意圖參見圖1(a)及等值電路圖參見圖1(b);圖2(a)為UPFC并聯(lián)偵唆壓 器-換流器VSCl控制框圖；圖2(b)為UPFC串聯(lián)側(cè)變壓器-換流器VSC2控制框圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種抑制次同步振蕩的統(tǒng)一潮流控 制器附加阻尼控制系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的統(tǒng)一潮流控制器附加次同步阻尼控制器，能夠成功抑制 電力系統(tǒng)的次同步振蕩，且不會(huì)影響系統(tǒng)和統(tǒng)一潮流控制器裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] 該系統(tǒng)利用所設(shè)計(jì)的次同步阻尼控制器作用于統(tǒng)一潮流控制器控制回路，達(dá)到次 同步振蕩抑制的目的。
[000引本發(fā)明的一種抑制次同步振蕩的統(tǒng)一潮流控制器附加阻尼控制系統(tǒng)，統(tǒng)一潮流控 制器裝置包括并聯(lián)側(cè)換流器、串聯(lián)側(cè)換流器和直流電容，包括次同步阻尼控制器，所述次同 步阻尼控制器的附加控制信號(hào)Uda"p_sh及Ud^_se分別疊加在并聯(lián)偵峨流器及串聯(lián)側(cè)換流器無 功控制回路的q軸電流內(nèi)環(huán)控制指令處;所述次同步阻尼控制器包括多個(gè)次同步模態(tài)控制 回路，每個(gè)所述次同步模態(tài)控制回路包括模態(tài)濾波器、用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大的比例放 大模塊和用于實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償?shù)囊葡嗥鳎鞔瓮侥B(tài)控制回路的輸出信號(hào)經(jīng)疊加并經(jīng)限幅 模塊后即形成次同步阻尼控制器輸出的附加控制信號(hào)Uda"p_sh及Udamp_se;所述次同步阻尼控 制器W發(fā)電機(jī)軸系轉(zhuǎn)速偏差A(yù) COe為輸入控制信號(hào)。
[0009]其中，所述模態(tài)濾波器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)不同SSO模態(tài)的解禪控制，各控制回路的模態(tài) 濾波器由相應(yīng)模態(tài)頻率的帶通濾波器及其他模態(tài)頻率的帶阻濾波器串聯(lián)組成；
[0010] 其中，所述比例放大模塊，用于對(duì)經(jīng)濾波模態(tài)信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)節(jié)，為附加次同步阻 尼控制器提供足夠大的信號(hào)；
[0011] 其中，所述移相器，用于補(bǔ)償模態(tài)濾波器、UPFC換流器-連接變壓器、電力系統(tǒng)對(duì) SSO模態(tài)頻率信號(hào)的滯后相位，生成模態(tài)控制信號(hào)；
[0012] 其中，所述限幅模塊，用于對(duì)各模態(tài)控制回路生成的模態(tài)控制信號(hào)的疊加信號(hào)進(jìn) 行限幅，生成最終的統(tǒng)一潮流控制器次同步附加控制信號(hào)。
[0013] 上述次同步阻尼控制器采用模態(tài)分離的多通道控制器結(jié)構(gòu)，用于對(duì)各同步振蕩模 態(tài)進(jìn)行解禪控制。
[0014] 上述模態(tài)濾波器由相應(yīng)模態(tài)頻率的帶通濾波器和其他模態(tài)頻率的帶阻濾波器串 聯(lián)組成。
[001引設(shè)機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速中模態(tài)i分量的角頻率為…、幅值為Ai、初相位為齡并聯(lián)側(cè)換流 器附加控制器對(duì)模態(tài)i頻率分量的相移和放大倍數(shù)分別為kish和0ish，則疊加至UPFC并聯(lián)側(cè) 換流器控制器內(nèi)環(huán)電流控制指令的附加控制信號(hào)為
[0017] UPFC并聯(lián)側(cè)換流器可快速跟蹤附加控制信號(hào)，其輸出的相應(yīng)次同步頻率電流為
[0019] 式中，Tshi為并聯(lián)側(cè)換流器對(duì)模態(tài)i頻率信號(hào)的響應(yīng)延遲，S為Laplace算子；
[0020] 流入發(fā)電機(jī)電樞繞組的次同步電流Igenq_shi為
[0022] 式中，Zgen_i、Zsys_shi分別為模態(tài)i頻率下，從UPFC節(jié)點(diǎn)至發(fā)電機(jī)的等值阻抗、系統(tǒng)對(duì) UPFC的等值阻抗;Gish和(I)ISh分別為UPFC并聯(lián)側(cè)換流器和系統(tǒng)對(duì)模態(tài)i頻率信號(hào)的幅頻響應(yīng) 和相頻響應(yīng)；
[0023] 從而，可得到UPFC并聯(lián)側(cè)換流器輸出的模態(tài)i頻率的次同步電流，經(jīng)發(fā)電機(jī)電樞繞 組所產(chǎn)生的附加次同步轉(zhuǎn)矩A Tei_sh為
[0025]式中，Ug為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，Ssh為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓超前UPFC并聯(lián)側(cè)接入點(diǎn)電壓化 的角度；《 G為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，其在穩(wěn)態(tài)下《 G - 1 .化.U .，從而上式可化簡(jiǎn)為
[0027]同理，可得到UPFC串聯(lián)側(cè)換流器輸出的模態(tài)i頻率的次同步電流，經(jīng)發(fā)電機(jī)電樞繞 組所產(chǎn)生的附加次同步轉(zhuǎn)矩A Tei_se為
[0029] 式中，0ise和kise分別為串聯(lián)側(cè)換流器附加控制器對(duì)模態(tài)i頻率分量的相移和放大 倍數(shù)，Gise和(I)Ise分別為UPFC串聯(lián)側(cè)換流器和系統(tǒng)對(duì)模態(tài)i頻率信號(hào)的幅頻響應(yīng)和相頻響 應(yīng)Ae為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓超前UPFC串聯(lián)側(cè)接入點(diǎn)電壓化的角度；
[0030] 由UPFC附加次同步阻尼控制所產(chǎn)生的附加次同步電磁轉(zhuǎn)矩A Tei_sh和A Tei_se的表 達(dá)式可知，調(diào)整附加控制器模態(tài)i控制回路的相移0ish和01S6,及放大倍數(shù)kish和kise，使其在 發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生足夠大的正附加電磁轉(zhuǎn)矩A Tei_sh和A Tei_se，即可達(dá)到抑制該模態(tài)次同步振 蕩的目的。
[0031] 對(duì)于次同步振蕩穩(wěn)定的系統(tǒng)，即Ai = O,從而有各模態(tài)控制回路的附加控制信號(hào) Udampi _ 0,5? [fO 令'
[0032] Udamp= 2 Udampi = OQ = I ,2, ... ,n)
[0033] 即次同步阻尼控制器在穩(wěn)態(tài)情況下輸出為0,不會(huì)影響系統(tǒng)和統(tǒng)一潮流控制器裝 置在穩(wěn)態(tài)下的正常運(yùn)行。
[0034] 本發(fā)明的有益效果是：
[0035] 通過在統(tǒng)一潮流控制器的二次控制回路附加次同步阻尼控制，來達(dá)到次同步振蕩 抑制的目的，無需增加新的一次電氣設(shè)備，投資成本低;可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)多模態(tài)次同 步振蕩的抑制，保障電力設(shè)備的安全，提局電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0036] 圖1(a)為UPFC接線示意圖；
[0037] 圖1(b)為UPFC等值電路圖；
[0038] 圖2(a)為UPFC并聯(lián)側(cè)變壓器-換流器VSCl控制框圖；
[0039] 圖2(b)為UPFC串聯(lián)側(cè)變壓器-換流器VSC2控制框圖；
[0040] 圖3為含UPFC的串補(bǔ)輸電系統(tǒng)接線圖；
[0041 ]圖4為UPFC附加次同步阻尼控制器原理框圖；
[0042] 圖5 (a)為UPFC并側(cè)換流器次同步電流等值電路；
[0043] 圖5(b)為UPFC并側(cè)換流器相位示意圖；
[0044] 圖6(a)為汽輪發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速偏差及扭矩；
[0045] 圖6(b)為串/并聯(lián)側(cè)換流器SSDC投入運(yùn)行前后系統(tǒng)仿真結(jié)果；
[0046] 圖7(a)為汽輪發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速偏差及扭矩；
[0047] 圖7(b)為串聯(lián)側(cè)換流器SSDC投入運(yùn)行前后系統(tǒng)仿真結(jié)果；
[0048] 圖8(a)為汽輪發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速偏差及扭矩；
[0049] 圖8(b)為并聯(lián)側(cè)換流器SSDC投入運(yùn)行前后系統(tǒng)仿真結(jié)果；
[0050] 圖9為抑制次同步振蕩的統(tǒng)一潮流控制器附加阻尼控制系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合
【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0052] 附加控制器反饋控制信號(hào):為達(dá)到抑制系統(tǒng)SSO的目的，需控制UPFC裝置向系統(tǒng)注 入互補(bǔ)頻率的次同步頻率電流。采用發(fā)電機(jī)軸系轉(zhuǎn)速偏差作為反饋控制信號(hào)，且由于UPFC 換流器控制器包含了電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)，UPFC輸出電流可快速跟蹤電流內(nèi)環(huán)控制信號(hào)，故 將附加控制信號(hào)疊加至UPFC換流器控制的電流內(nèi)環(huán)指令處。對(duì)于頻率為CO 1的SSO模態(tài)，次 同步附加控制器將會(huì)在UPFC換流器控制的dq軸電流內(nèi)環(huán)指令上疊加 CO 1頻率的信號(hào)，經(jīng) UPFC換流器控制dq至adc坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，即控制UPFC向系統(tǒng)注入互補(bǔ)頻率（WO-Oi)的次同步 電流，《0為系統(tǒng)工頻角頻率。
[0053] 附加控制信號(hào)接入位置：由于保持UPFC直流母線電壓恒定是維持UPFC正常運(yùn)行的 首要條件，故不考慮將抑制SSO的SSDC(次同步附加阻尼控制器)信號(hào)Udamp_sh疊加至UPFC并 聯(lián)側(cè)換流器的直流電壓控制回路；同時(shí)，為減少對(duì)系統(tǒng)功率的擾動(dòng)，亦不考慮在UPFC串聯(lián)側(cè) 換流器的有功控制回路疊加 SSDC信號(hào)Udamp_se。因此，為盡量減小UPFC附加控制對(duì)UPFC和系 統(tǒng)潮流的影響，UPFC串/并聯(lián)側(cè)附加控制信(Udamp_sh和Udamp_se)均疊加在無功控制回路的q軸 電流內(nèi)環(huán)指令處，參見圖2(a)和圖2(b)所示。
[0054] 附加控制器組成環(huán)節(jié)：為使附加控制器達(dá)到SSO抑制的效果，控制器由模態(tài)濾波 器、移相器、比例放大環(huán)節(jié)和限幅環(huán)節(jié)組成。各環(huán)節(jié)的性能要求及整定原則如下：
[0055] 對(duì)于模態(tài)濾波器，為實(shí)現(xiàn)對(duì)不同SSO模態(tài)的解禪控制，各控制回路的模態(tài)濾波器應(yīng) 由相應(yīng)模態(tài)頻率的帶通濾波器及其他模態(tài)頻率的帶阻濾波器串聯(lián)組成；
[0056] 移相器對(duì)相應(yīng)模態(tài)頻率信號(hào)的移相角度應(yīng)可補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的模態(tài)濾波器、UPFC換流 器-連接變壓器、電力系統(tǒng)對(duì)該模態(tài)頻率信號(hào)的滯后相位，從而使SSDC向該模態(tài)提供正的附 加次同步阻尼；
[0化7]比例放大環(huán)節(jié)增益應(yīng)適中、不可過小或過大，W保證SSDC向?qū)?yīng)SSO模態(tài)提供正的 附加次同步阻尼大于系統(tǒng)