一種減小次同步振蕩負阻尼的hvdc電流控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其步驟：根據(jù)實際參數(shù)構(gòu)建待研系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型，在正常運行情況下和故障情況下，測量HVDC在待研火電機組軸系次同步頻率上產(chǎn)生的電氣阻尼De；確定需要限制小偏差直流電流波動的范圍；在HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中偏差量之后接入小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，改變電流控制器小偏差范圍的調(diào)節(jié)特性。本發(fā)明對實際機組軸系參數(shù)依賴程度小，能有效解決大型火電機組經(jīng)HVDC送出的次同步振蕩問題，可以在電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
【專利說明】
_種減小次問步振湯負阻尼的H V D G電流彳fd制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型火電機組經(jīng)高壓直流輸電系統(tǒng)遠距離送出可能出現(xiàn)次同步振蕩(Subsynchronous Oscillat1n,SS0)問題，這種SSO通常是由HVDC整流側(cè)控制環(huán)節(jié)引起的火電機組的某一軸系扭振模態(tài)呈現(xiàn)負的阻尼所造成。由于我國直流輸電系統(tǒng)的廣泛建設(shè)，已在多個與火電配套的直流工程整流側(cè)中出現(xiàn)了類似的問題，引起了電力工程師以及相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注。學(xué)者們提出了一系列分析和抑制HVDC引起火電機組次同步振蕩的方法。其中，除在發(fā)電機端采用SVC、STACOM等抑制手段外，在高壓直流控制系統(tǒng)中也可以附加次同步振蕩阻尼控制器(SSDC)對次同步振蕩進行抑制，其從整流側(cè)換流母線電壓中提取次同步頻率分量，并將其作為反饋控制信號在HVDC整流側(cè)的直流功率/直流電流中附加控制環(huán)節(jié)，通過調(diào)節(jié)直流電流指令或觸發(fā)角來提高直流系統(tǒng)在次同步頻率下的電氣阻尼。但次同步頻率分量在整流側(cè)換流母線電壓中的含量相對較小，在實際工程應(yīng)用中對其提取較為困難，附加阻尼控制器輸出很小或幾乎沒有輸出，因此抑制效果不佳。
[0003]此外，SSDC對次同步振蕩的抑制主要依賴于其控制環(huán)節(jié)中補償相位的校正，因此需要進行大量的發(fā)電機軸系參數(shù)現(xiàn)場測試及交直流系統(tǒng)時域次同步振蕩電磁暫態(tài)離線仿真，實施不便，工作量大。因此，需要針對HVDC引起的大型火電機組的次同步振蕩提出一種更加簡便有效、對實際機組軸系參數(shù)依賴程度小、便于工程實施和應(yīng)用的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，該方法簡便有效、對實際機組軸系參數(shù)依賴程度小，能有效解決大型火電機組經(jīng)HVDC送出的次同步振蕩問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:1)根據(jù)火電機組軸系實際參數(shù)和直流電流控制器控制參數(shù)構(gòu)建待研系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型，在正常運行情況下和故障情況下，測量HVDC在待研火電機組軸系次同步頻率上產(chǎn)生的電氣阻尼De; 2)確定需要限制小偏差直流電流波動的范圍；3)在HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中偏差量之后接入小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，改變電流控制器小偏差范圍的調(diào)節(jié)特性。
[0006]所述步驟2)中，限制小偏差直流電流波動的范圍的確定是與實際工程中HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中電流控制偏差的影響因素相結(jié)合進行確定。
[0007]所述步驟2)中，小偏差直流電流波動范圍為:根據(jù)影響直流電流的控制誤差的兩個因素，結(jié)合減小負阻尼的效果，選取小偏差范圍為±4%;直流電壓的控制誤差為:IdX(1.25%+0.3?0.5%)，該值小于等于2%。
[0008]影響直流電流的控制誤差的兩個因素:一是直流電壓的控制誤差，另一個為直流電流測量誤差。
[0009]所述步驟3)中，小偏差輸出限制環(huán)節(jié)為直流電流小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，其限制范圍是小偏差直流電流限制范圍；小偏差輸出限制幅度根據(jù)電磁暫態(tài)仿真模型確定的電流控制器提供次同步振蕩負阻尼的嚴重程度，限制在小偏差最大邊界值以下。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:本發(fā)明以HVDC整流側(cè)電流控制器快速調(diào)節(jié)特性與大型火電機組在次同步頻率范圍內(nèi)相互作用的機理為依據(jù)，通過改變電流控制器在小偏差時的調(diào)節(jié)特性減小直流在次同步頻率范圍內(nèi)提供的負阻尼，物理概念明確，參數(shù)獲取簡便，工程實施簡單易行，便于實際應(yīng)用，可以極低的代價有效解決大型火電機組經(jīng)HVDC送出的次同步振蕩問題。本發(fā)明可以在電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明中不同的直流電流小偏差輸出限幅對次同步電氣負阻尼影響對比示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明的電流偏差的限制范圍4%，輸出限制25%模態(tài)I仿真結(jié)果示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明的電流偏差的限制范圍4%，輸出限制50%模態(tài)I仿真結(jié)果示意圖；
[0014]圖4是本發(fā)明的電流偏差的限制范圍4%，輸出限制75%模態(tài)I仿真結(jié)果示意圖；
[0015]圖5是典型火電機組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的單線圖；
[0016]圖6是HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)的控制框圖；
[0017]圖7a是沒有采用抑制措施時發(fā)電機軸系的振蕩曲線示意圖；
[0018]圖7b是采用本發(fā)明方法后發(fā)電機軸系的振蕩曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0020]為了更加有效的解決大型火電機組經(jīng)HVDC送出的次同步振蕩問題，本發(fā)明提供一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其包括以下步驟:
[0021]I)根據(jù)火電機組軸系實際參數(shù)和直流電流控制器控制參數(shù)構(gòu)建待研系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型，在正常運行情況下和故障情況下，測量HVDC在待研火電機組軸系次同步頻率上產(chǎn)生的電氣阻尼De。
[0022 ] 2)結(jié)合實際工程中HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中電流控制偏差的影響因素，確定需要限制小偏差直流電流波動的范圍；影響因素包括直流電流測量誤差、直流電壓控制誤差、觸發(fā)角控制誤差等。
[0023]其中，小偏差直流電流波動范圍為:根據(jù)影響直流電流的控制誤差的兩個因素，結(jié)合減小負阻尼的效果，本實施例中優(yōu)選小偏差范圍為±4%。
[0024]HVDC由整流側(cè)控制直流電流，直流電流Id為:
[0025]Id = PRref/ Udmeasured，
[0026]式中，PRref為直流功率參考值;U—asUad為直流電壓測量值。
[0027]由上式可知，在恒功率控制模式下，直流電流的控制誤差受兩個因素影響:一是直流電壓的控制誤差，對于每極單12脈動接線，為一個分接頭檔位Tap-changer-step X Id;對于每極2個12脈動串聯(lián)接線，由于分接頭檔位一致性的要求，該誤差為0.5 XTap-changer-step X Id。另一個為直流電流測量誤差，即Id X AImeaurure。其中，Tap-changer_step表示有載調(diào)壓分接頭的檔距;AImeaurure表示直流電流的測量誤差。
[0028]Tap-changer-step的典型值通常為1.25%，ΛImeaurure為0.3?0.5%，因此，電流控制誤差為:IdX (1.25%+0.3?0.5% )，該值不會大于2%?？紤]對減小負阻尼的效果，本實施例中可以選取小偏差范圍為±4%，S卩[-0.04,0.04]。
[0029]3)在HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中偏差量之后接入小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，改變電流控制器小偏差范圍的調(diào)節(jié)特性;不同的直流電流小偏差輸出限幅對次同步電氣負阻尼影響不同，如圖1所示。
[0030]上述步驟2)中，HVDC整流側(cè)控制環(huán)節(jié)可以是定功率控制，也可以是定電流控制。
[0031]上述步驟3)中，小偏差輸出限制環(huán)節(jié)為直流電流小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，其限制范圍是步驟2)中確定的小偏差直流電流限制范圍；小偏差輸出限制幅度根據(jù)步驟I)中電磁暫態(tài)仿真模型確定的電流控制器提供次同步振蕩負阻尼的嚴重程度，限制在小偏差最大邊界值以下。
[0032]上述步驟3)中，改變直流電流在小偏差范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)特性，即減小小偏差范圍內(nèi)的電流控制器增益Κρ。理論上，如果在小偏差范圍內(nèi)比例環(huán)節(jié)完全不輸出，則一定可以抑制由直流引起的次同步振蕩發(fā)散，即完全消除負阻尼，但此時直流電流控制精度和速度下降。如果HVDC提供的電氣阻尼中負阻尼較大，則可以增大小偏差輸出抑制幅度;抑制幅度越大，則抑制效果越好。例如，以整流側(cè)瞬時故障下伊敏電廠機組為例，當小幅電流偏差的限制范圍取±4%時，如圖2所示，電流誤差限制輸出為25%，即只輸出3%的電流偏差;如圖3所示，電流誤差限制輸出為50%，即只輸出2%的電流偏差；如圖4所示，電流誤差限制輸出為75%，即只輸出I %的電流偏差。
[0033]實施例:如圖5所示，為典型火電機組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的單線圖，其中火電機組#1和#2距離HVDC整流側(cè)最近，模態(tài)I存在發(fā)散的次同步振蕩問題。首先建立典型火電機組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型，利用時域仿真方法計算該系統(tǒng)在次同步頻率范圍內(nèi)的電氣阻尼，如圖1中不采用本發(fā)明方法的負阻尼結(jié)果曲線。結(jié)合實際工程中HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中電流控制誤差的影響因素，確定直流電流小偏差的限制范圍。
[0034]如圖6所示，在HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中加入小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，其中，Id為HVDC的實際直流電流，Icirder為整流側(cè)直流電流指令值，Kp為HVDC整流側(cè)電流的PI控制環(huán)節(jié)的增益，Kl/S為HVDC整流側(cè)電流的PI控制環(huán)節(jié)的積分，α為整流側(cè)觸發(fā)角，f(R，I)為從直流電流控制回路到實際直流電流量之間的傳遞函數(shù)，G/1+ST為直流電流測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。
[0035]在本實施方案中，本發(fā)明中所采用的直流電流小偏差限制環(huán)節(jié)的限制范圍為土4%，S卩[-0.04，0.04]，限制量為50 %，S卩0.02。如圖7a、圖7b所示，在故障擾動激發(fā)次同步振蕩情況下，采用本發(fā)明前后發(fā)電機軸系的振蕩情況，可以看出，采用本發(fā)明可以將存在發(fā)散問題的次同步振蕩迅速衰減。
[0036]上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【主權(quán)項】
1.一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)根據(jù)火電機組軸系實際參數(shù)和直流電流控制器控制參數(shù)構(gòu)建待研系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型，在正常運行情況下和故障情況下，測量HVDC在待研火電機組軸系次同步頻率上產(chǎn)生的電氣阻尼De; 2)確定需要限制小偏差直流電流波動的范圍； 3)在HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中偏差量之后接入小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，改變電流控制器小偏差范圍的調(diào)節(jié)特性。2.如權(quán)利要求1所述的一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其特征在于:所述步驟2)中，限制小偏差直流電流波動的范圍的確定是與實際工程中HVDC整流側(cè)電流控制環(huán)節(jié)中電流控制偏差的影響因素相結(jié)合進行確定。3.如權(quán)利要求1所述的一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其特征在于:所述步驟2)中，小偏差直流電流波動范圍為:根據(jù)影響直流電流的控制誤差的兩個因素，結(jié)合減小負阻尼的效果，選取小偏差范圍為±4% ;直流電壓的控制誤差為:IdX (1.25%+0.3?0.5%)，該值小于等于2%。4.如權(quán)利要求3所述的一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其特征在于:影響直流電流的控制誤差的兩個因素:一是直流電壓的控制誤差，另一個為直流電流測量誤差。5.如權(quán)利要求1?4任一項所述的一種減小次同步振蕩負阻尼的HVDC電流控制方法，其特征在于:所述步驟3)中，小偏差輸出限制環(huán)節(jié)為直流電流小偏差輸出限制環(huán)節(jié)，其限制范圍是小偏差直流電流限制范圍；小偏差輸出限制幅度根據(jù)電磁暫態(tài)仿真模型確定的電流控制器提供次同步振蕩負阻尼的嚴重程度，限制在小偏差最大邊界值以下。
【文檔編號】H02J3/24GK106099950SQ201610451094
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】馬為民, 李亞男, 蔣維勇, 張劍, 鄒欣, 樊紀超
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術(shù)研究院