一种混合型串补装置及输电线路的振荡抑制方法与流程

本发明涉及输电线路控制，具体涉及一种混合型串补装置及输电线路的振荡抑制方法。

背景技术：

1、当电力电子设备的拓扑结构或控制参数发生改变时，互联系统的振荡频率也会随之改变，在一定范围内发生频移。由此可知，电力电子设备之间及其与电网之间的交互作用引发的宽频振荡具有时变特性。

2、迄今为止发生过不少涉及新能源并网引发的系统宽频振荡事故，通过分析故障录波数据发现，系统电流中出现20hz/80hz、30hz/70hz的谐波分量，有些谐波的幅值较大，甚至高于基频幅值，且谐波分量沿传输线路一直传播，最终到达电厂机组时，引起火电机组扭振保护装置动作，造成火电厂火电机组跳闸，导致电网频率下降0.1hz。

3、目前，新能源机组、柔性直流输电系统及其辅助设备和一些电力负荷都依赖于电力电子设备的控制和调节，然而现有电力电子设备具有不同带宽的控制环节，例如内外环比例积分控制器、锁相环、滤波器等，这些控制设备的交互耦合作用会引发电力电子设备之间多时间尺度的交互特性，导致电力电子设备与电力系统之间存在多频段的能量交换，从而引起输电线路在宽频率范围内的振荡现象。

技术实现思路

1、为了解决现有技术现有电力电子设备具有不同带宽的控制环节，例如内外环比例积分控制器、锁相环、滤波器等，这些控制设备的交互耦合作用会引发电力电子设备之间多时间尺度的交互特性，导致电力电子设备与电力系统之间存在多频段的能量交换，从而引起输电线路在宽频率范围内的振荡现象的问题。

2、本发明提出了一种混合型串补装置，包括固定串联补偿单元、多个动态串联补偿器单元，所述固定串联补偿单元与多个动态串联补偿器单元串联于输电线路；

3、固定串联补偿单元，用于根据输电线路的状态参数，补偿所述输电线路自身的感抗；

4、动态串联补偿器单元，用于根据所述输电线路的状态参数，并调节所述输电线路的输出电压，用于调节所述输电线路的等效参数，抑制所述输电线路的振荡。

5、优选的，所述动态串联补偿器单元包括子单元、控制单元和取能测量ct，所述子单元电性连接所述控制单元，所述控制单元串联连接取能测量ct；

6、所述取能测量ct，用于获取所述输电线路的状态参数，并且用于将所述输电线路的状态参数发送至外部的主控制器；

7、所述控制单元，用于根据主控制器发送的控制信号，生成pwm脉冲宽度调制信号输入至所述子单元；

8、所述子单元，用于根据所述pwm脉冲宽度调制信号，调节所述输电线路的电压。

9、优选的，所述装置还包括：主控制器；其中每个所述动态串联补偿器单元的控制单元均信号连接主控制器；

10、所述主控制器，用于根据所述输电线路的状态参数向所述控制单元发送所述控制信号；所述输电线路的状态参数包括电压、电流和容抗值。

11、优选的，所述子单元包括电压源换流器，所述电压源换流器由四个绝缘栅双极晶体管igbt采用桥接的方式组成。

12、优选的，所述子单元，具体用于根据所述pwm脉冲宽度调制信号，控制所述电压源换流器中的每个所述绝缘栅双极晶体管igbt的开通或关断，进而使所述电压源换流器输出一个大小可连续调节的电压，进而使动态串联补偿器单元对外部呈现电感或电阻特性，对所述输电线路的振荡起到阻尼作用。

13、优选的，所述子单元调节的所述电压源换流器的电压包括：相位超前所述输电线路电流90°的电压，或与所述输电线路电流同相位的电压。

14、本发明还提出了一种输电线路的振荡抑制方法，所述振荡抑制方法包括：

15、基于所述混合型串补装置中的固定串联补偿单元，根据所述输电线路的状态参数，补偿所述输电线路自身的感抗；

16、基于所述混合型串补装置中的多个动态串联补偿器单元，根据所述输电线路的状态参数，并调节所述输电线路的输出电压，用于调节所述输电线路的等效参数，抑制所述输电线路的振荡；

17、所述抑制所述输电线路的振荡的方式包括次同步谐振抑制、高频谐振抑制、串补度调整控制中的任意一种。

18、优选的，所述次同步谐振抑制，包括：

19、基于所述混合型串补装置中的主控制器采集次同步谐振发生时的电流、混合型串补装置中的容抗值，计算抑制次同步谐振所需的阻尼电阻、混合型串补装置的电流；并根据所述阻尼电阻乘以所述混合型串补装置的电流，计算出抑制次同步谐振所需的目标电压；

20、基于所述混合型串补装置中的所述主控制器控制多个所述动态串联补偿器单元中的控制单元生成pwm脉冲宽度调制信号，所述pwm脉冲宽度调制信号用于控制多个所述动态串联补偿器单元中的电压源换流器中的所述绝缘栅双极晶体管igbt的开通与关断，输出所述目标电压及生成所述阻尼电阻，从而改变谐振条件。

21、优选的，所述高频谐振抑制，包括:

22、将测量得到的高频谐波电流issrv与抑制高频谐振所要达到的目标谐波电流比较，得出抑制高频谐振所需的高频谐波电压；

23、基于所述混合型串补装置中的所述主控制器控制多个所述动态串联补偿器单元中的控制单元生成pwm脉冲宽度调制信号，所述pwm脉冲宽度调制信号用于控制多个所述动态串联补偿器单元中的电压源换流器中的所述绝缘栅双极晶体管igbt的开通与关断，输出所述高频谐波电压，从而抑制的高频谐波电流。

24、优选的，所述串补度调整控制，包括：

25、用测量得到的次同步谐振电流issr，定义抑制谐振所需串补度kc；在发生次同步谐振后，用所述所需串补度kc乘以所述固定串联补偿单元的容抗值xc，之后乘以所述次同步谐振的电流issr，得出目标电压udsc；

26、基于所述混合型串补装置中的所述主控制器控制多个所述动态串联补偿器单元中的控制单元生成pwm脉冲宽度调制信号，所述pwm脉冲宽度调制信号用于控制多个所述动态串联补偿器单元中的电压源换流器中的所述绝缘栅双极晶体管igbt的开通与关断，输出所述目标电压udsc，从而改变多个所述动态串联补偿器单元的等效电抗，破坏谐振条件，从而抑制次同步谐振。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、本发明提供了一种混合型串补装置，通过固定串联补偿单元与动态串联补偿器单元串联于输电线路，固定串联补偿单元补偿输电线路自身的感抗，动态串联补偿器单元动态调节输出电压，其对外部电路呈现电感或电阻特性，即调节输电线路的等效阻抗，对输电线路进行振荡抑制。增加固定串联补偿单元与动态串联补偿器单元共同串联在输电线路中，该混合型补偿装置可根据系统中振荡频率产生一个抑制线路电流的电压，起到抑制振荡电流的效果。还可以通过动态串联补偿器单元产生高于工频的高频电压，对输电线路引起的高频谐振进行有效抑制。每个动态串联补偿器单元的控制单元均信号连接主控制器；主控制器是子单元运行中枢，主要承担的任务包括相关电网参数的获取与存储、子单元的运行状态参数获取与存储、向子单元发送投切命令，以及执行运行优化和振荡阻尼抑制等控制任务。

29、本发明提供了一种输电线路的振荡抑制方法，其方法为本发明的混合型串补装置中抑制次同步谐振频率产生一个抑制线路次同步电流的次同步电压，起到抑制次同步谐振电流的效果；此外，装置的电压、电流外特性可以等效为电阻和电抗，电抗调节范围大，可以工作在感性和阻性区，直接对抑制次同步谐振及高频谐振起到阻尼作用。

技术特征：

1.一种混合型串补装置，其特征在于，包括固定串联补偿单元(1)、多个动态串联补偿器单元(2)，所述固定串联补偿单元(1)与多个动态串联补偿器单元(2)串联于输电线路；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动态串联补偿器单元(2)包括子单元(3)、控制单元和取能测量ct(4)，所述子单元(3)电性连接所述控制单元，所述控制单元串联连接取能测量ct(4)；

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：主控制器(5)；其中每个所述动态串联补偿器单元(2)的控制单元信号连接主控制器(5)；

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述子单元(3)包括电压源换流器(301)，所述电压源换流器(301)由四个绝缘栅双极晶体管igbt采用桥接的方式组成。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述子单元(3)，具体用于根据所述pwm脉冲宽度调制信号，控制所述电压源换流器(301)中的每个所述绝缘栅双极晶体管igbt的开通或关断，进而使所述电压源换流器(301)输出一个大小可连续调节的电压，进而使动态串联补偿器单元(2)对外部呈现电感或电阻特性，对所述输电线路的振荡起到阻尼作用。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述子单元(3)调节的所述电压源换流器(301)的电压包括：相位超前所述输电线路电流90°的电压，或与所述输电线路电流同相位的电压。

7.一种输电线路的振荡抑制方法，其特征在于，所述振荡抑制方法包括：

8.根据权利要求7所述的振荡抑制方法，其特征在于，所述次同步谐振抑制，包括：

9.根据权利要求7所述的振荡抑制方法，其特征在于，所述高频谐振抑制，包括:

10.根据权利要求7所述的振荡抑制方法，其特征在于，所述串补度调整控制，包括：

技术总结
本发明涉及一种混合型串补装置及输电线路的振荡抑制方法，所述装置，包括固定串联补偿单元、多个动态串联补偿器单元，所述固定串联补偿单元与多个动态串联补偿器单元串联于输电线路；固定串联补偿单元，用于根据输电线路的状态参数，补偿所述输电线路自身的感抗；动态串联补偿器单元，用于根据所述输电线路的状态参数，并调节所述输电线路的输出电压，用于调节所述输电线路的等效参数，抑制所述输电线路的振荡。通过固定串联补偿单元与动态串联补偿器单元串联于输电线路，固定串联补偿单元补偿输电线路自身的感抗，动态串联补偿器单元动态调节输出电压，其对外部电路呈现电感或电阻特性，即调节输电线路的等效阻抗，对输电线路进行振荡抑制。

技术研发人员：燕翚,赵波,彭珑,王宇红,刘红恩,刘洋,贺春,纪传祺,李涛,王晨星,牛铮,刘健,蔡巍,毛婷
受保护的技术使用者：中电普瑞科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23