新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置的製造方法
2023-09-21 00:44:05
新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，包括信號提取模塊、信號處理模塊和電壓源換流器；信號提取模塊、信號處理模塊和電壓源換流器順次連接；信號提取模塊的輸入端連接於新能源發電基地的匯集站與串補送出系統之間；電壓源換流器的輸出端與所述匯集站的外送輸電線連接。與現有技術相比，本實用新型提供的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，可以避免大型新能源風電基地經串補送出系統併網後，由於次同步振蕩導致的大量風機脫網，從而保證新能源電力送出的安全與穩定運行。
【專利說明】
新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及電力電子及電力設備技術領域，具體涉及一種面向新能源基地經串補送出系統的電網側次同步振蕩抑制裝置。
【背景技術】
[0002] 基於新能源發電的迅猛發展，中國已成為風電併網容量最大及光伏發展最快的國家。但是由於我國存在風/光資源與負荷中心呈逆向分布的特點，新能源發電技術面臨如何實現大容量、遠距離輸送的挑戰。目前主要採用串聯電容補償技術實現電能的大容量和遠距離輸送，然而大規模新能源發電經串補接入電網時極易引起電網次同步振蕩。例如，2009 年美國德州發生了世界上首例新能源經串補接入電網的次同步振蕩事故，導致分電機組設備損壞;2010中國張家口沽源地區的新能源經串補接入電網後發生了數十起風電機組和串補引起的次同步振蕩故障，造成電網設備運行異常和大量風機脫網，嚴重威脅電網的安全穩定運行。
【實用新型內容】
[0003] 針對現有技術中新能源經串補接入電網引起的次同步振蕩故障，本實用新型提供了一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置。
[0004] 本實用新型的技術方案是:
[0005] 所述裝置包括信號提取模塊、信號處理模塊和電壓源換流器；
[0006] 所述信號提取模塊、信號處理模塊和電壓源換流器順次連接；
[0007] 所述信號提取模塊的輸入端連接於新能源發電基地的匯集站與串補送出系統之間；
[0008] 所述電壓源換流器的輸出端與所述匯集站的外送輸電線連接。
[0009] 本實用新型進一步提供的優選技術方案為:所述信號提取模塊的輸入端包括兩條支路:
[0010] —條所述支路接入所述匯集站與串補送出系統之間的輸電線路，另一條所述支路接入所述匯集站與電壓源換流器之間的母線。
[0011] 本實用新型進一步提供的優選技術方案為:所述信號提取模塊包括信號採集單元和f目號提取單兀；
[0012] 所述信號採集單元，採集所述匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電壓US和電流is，及採集所述匯集站與電壓源換流器之間母線的電流iu
[0013] 所述信號提取單元，依據所述電流is和電流k確定次同步電流信號。
[0014] 本實用新型進一步提供的優選技術方案為:所述信號處理模塊包括補償參考信號計算單元和脈衝調製單元；
[0015] 所述補償參考信號計算單元，接收所述信號提取單元的輸出信號，依據該輸出信號計算所述匯集站的補償參考信號；
[0016] 所述脈衝調製單元，依據所述補償參考信號生成觸發脈衝，並將其發送至所述電壓源換流器;所述電壓源換流器，用於與所述串補送出系統進行功率交換以抑制次同步振蕩。
[0017] 本實用新型進一步提供的優選技術方案為:所述補償參考信號計算單元包括第一 PI控制器、第二PI控制器、第三PI控制器和信號變換子單元；
[0018] 所述第一 PI控制器、第二PI控制器和信號變換子單元的一個輸入端順次連接，所述第三PI控制器與信號變換子單元的另一個輸入端連接，所述信號變換子單元的輸出端與所述電壓源換流器連接。
[0019] 本實用新型進一步提供的優選技術方案為:
[0020] 所述第一 PI控制器，對直流偏差信號進行PI控制；
[0021] 所述第二PI控制器，對第一比較器輸出的偏差信號進行PI控制;所述第一比較器的正輸入端分別接收所述第一 PI控制器的輸出信號和所述信號提取模塊輸出的次同步電流iLd_sub，負輸入端接收所述信號提取模塊輸出的電流isd;
[〇〇22]所述第三PI控制器，對第二比較器輸出的偏差信號進行PI控制；所述第二比較器的正輸入端分別接收所述信號提取模塊輸出的次同步電流iU_SUb和無功電流設定值iqref， 負輸入端接收所述信號提取模塊輸出的電流iSq ;
[0023]其中，所述電流isd和電流iSq為匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is在d_ q坐標系下的電流。
[〇〇24]本實用新型進一步提供的優選技術方案為:所述信號變換子單元包括第三比較器、第四比較器和坐標變換子單元；
[〇〇25]所述第三比較器的正輸入端分別接收所述信號提取模塊輸出的電壓usd和電流 isd，負輸入端接收所述第二PI控制器的輸出信號；
[0026]所述第四比較器的正輸入端分別接收所述信號提取模塊輸出的電壓USq和電流 isq，負輸入端接收所述第三PI控制器的輸出信號；
[〇〇27]所述坐標變換子單元，對所述第三比較器和第四比較器的輸出信號進行坐標轉換，得到abc坐標下的電壓Uma、電壓Umb和電壓Um。；
[0028] 其中，所述電流isd和電流iSq為匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is在d_ q坐標系下的電流;所述電壓Usd和電壓USq為所述輸電線路的電壓us在d_q坐標系下的電壓。
[0029] 本實用新型進一步提供的優選技術方案為:
[0030] 所述新能源發電基地包括風力發電基地和/或光伏發電基地；
[0031] 所述串補送出系統包括串補裝置，其安裝在所述匯集站的外送輸電線上。
[0032] 與最接近的現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0033] 本實用新型提供的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，可以避免大型新能源風電基地經串補送出系統併網後，由於次同步振蕩導致的大量風機脫網，從而保證新能源電力送出的安全與穩定運行。
【附圖說明】
[0034] 圖1:本實用新型實施例中一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置示意圖；
[0035]圖2:本實用新型實施例中風力發電基地經串補送出四天的電網側次同步振蕩抑制不意圖；
[〇〇36]圖3:本實用新型實施例中信號提取模塊原理示意圖；
[〇〇37]圖4:本實用新型實施例中信號處理模塊原理示意圖；
[〇〇38]其中，101:信號提取模塊；102:信號處理模塊；1021:第一 PI控制器；1022:第二PI 控制器；1023:第三PI控制器；1024:第一比較器；1025:第三比較器；1026:第二比較器； 1027:第四比較器；1028:坐標變換子單元；103:電壓源換流器;201:風力發電基地;202:匯集站;203:串補送出系統。
【具體實施方式】
[0039] 為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0040] 下面分別結合附圖，對本實用新型實施例提供的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置進行說明。
[0041] 圖1為本實用新型實施例中一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置示意圖，如圖所示，本實施例中次同步振蕩抑制裝置包括信號提取模塊101、信號處理模塊102和電壓源換流器103。其中，
[〇〇42]信號提取模塊101、信號處理模塊102和電壓源換流器103順次連接，信號提取模塊 101的輸入端連接於新能源發電基地的匯集站與串補送出系統之間，電壓源換流器103的輸出端與匯集站的外送輸電線連接。
[〇〇43]下面結合附圖分別對信號提取模塊101和信號處理模塊102進行具體說明。
[0044] 1、彳目號提取模塊101
[0045] 本實施例信號提取模塊101的輸入端連接於新能源發電基地的匯集站與串補送出系統之間為:信號提取模塊101的輸入端包括兩條支路，一條支路接入匯集站與串補送出系統之間的輸電線路，另一條支路接入匯集站與電壓源換流器之間的母線，電壓源換流器，用於與串補送出系統進行功率交換以抑制次同步振蕩。
[〇〇46]本實施例中信號提取模塊101包括信號採集單元和信號提取單元。其中，
[0〇47] (1)彳目號米集單兀
[0048]信號採集單元，用於採集匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電壓us和電流is， 及採集匯集站與電壓源換流器之間母線的電流iL。
[〇〇49] (2)信號提取單元
[〇〇5〇]信號提取單元，依據電流is和電流k確定次同步電流信號。具體為:
[0051] 對匯集站與電壓源換流器103之間母線的電流k進行坐標變換得到d_q坐標系下的電流kd和電流iu;對匯集站與串補送出系統之間輸電線的電壓和電流進行坐標變換得至Ijd-q坐標系下的電壓和電流；
[0052] 獲取匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is的相位0P; [0053 ] 提取電流kd的次同步電流kd_sub和電流i u的次同步電流i U_sub，並對次同步電流
iLd_sub和iu_sub進行相位補償。
[〇〇54]圖3為本實用新型實施例中信號提取模塊原理示意圖，如圖所示，本實施例中信號提取單元對匯集站與電壓源換流器103之間母線的三相電流ka、kb和k。進行坐標變換，對匯集站與串補送出系統之間輸電線的電壓和電流進行坐標變換得到d_q坐標系下的電壓和電流，並通過鎖相環PLL獲取匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is的相位0P，最後依據坐標變換後的電流和電流iu，提取電流的次同步電流kd_sub和電流iu的次同步電流i U_sub，並對次同步電流i id_sub和i u_sub進行相位補償。
[〇〇55] 2、信號處理模塊102
[〇〇56]本實施例中信號處理模塊102包括補償參考信號計算單元和脈衝調製單元。其中， [〇〇57] (1)補償參考信號計算單元
[0058] 補償參考信號計算單元，接收信號提取單元的輸出信號，依據該輸出信號計算匯集站的補償參考信號。補償參考信號計算單元包括第一 PI控制器1021、第二PI控制器1022、 第三PI控制器1023和信號變換子單元；
[0059] 第一 PI控制器1021、第二PI控制器1022和信號變換子單元的一個輸入端順次連接，第三PI控制器1023與信號變換子單元1028的另一個輸入端連接，信號變換子單元1028 的輸出端與電壓源換流器103連接。其中，
[0060] 第一PI控制器1021，對直流偏差信號進行PI控制，如圖4所示，直流偏差信號為直流設定值Udcref與直流實際值Udc的偏差。
[0061 ] 第二PI控制器1022,對第一比較器1024輸出的偏差信號進行PI控制；第一比較器
1024的正輸入端分別接收第一 PI控制器1021的輸出信號和信號提取模塊102輸出的次同步電流iid_sub，負輸入端接收信號提取模塊102輸出的電流isd。
[〇〇62] 第三PI控制器1023,對第二比較器1026輸出的偏差信號進行PI控制；第二比較器
1026的正輸入端分別接收信號提取模塊102輸出的次同步電流kd_sub和無功電流設定值 iqrrf，負輸入端接收信號提取模塊輸出的電流isq，即第二比較器1026的輸入信號為kd_SUb+
iqref-1 Sq 〇
[0063] 信號變換子單元包括第三比較器1025、第四比較器1027和坐標變換子單元1028:
[0〇64]第三比較器1025的正輸入端分別接收信號提取模塊102輸出的電壓Usd和電流isd， 負輸入端接收第二PI控制器1022的輸出信號p2,即第三比較器1025的輸入信號為usd+isd-
P2〇
[0〇65 ]第四比較器10 27的正輸入端分別接收信號提取模塊10 2輸出的電壓usq和電流i sq， 負輸入端接收第三PI控制器1023的輸出信號p3,即第四比較器1027的輸入信號為uSq+iSq-
P3〇
[〇〇66] 坐標變換子單元1028,對第三比較器1025和第四比較器1027的輸出信號進行坐標
轉換，得到abc坐標下的電壓Uma、電壓Umb和電壓Um。；
[0067]其中，電流isd和電流iSq為匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is在d_q坐標系下的電流;電壓usd和電壓usq為上述輸電線路的電壓us在d_q坐標系下的電壓。
[〇〇68] (2)脈衝調製單元
[0069]脈衝調製單元，依據補償參考信號生成觸發脈衝，並將其發送至電壓源換流器 103〇
[〇〇7〇]圖4為本實用新型實施例中信號處理模塊原理示意圖，如圖所示，本實施例中補償參考信號計算單兀輸出電壓Uma、電壓Umb和電壓Um。，電壓Uma、電壓Umb和電壓Um。即為補償參考信號，脈衝調製單元依據電壓uma、電壓umb和電壓um。生成觸發脈衝。
[0071] 本實用新型中新能源發電基地包括風力發電基地和/或光伏發電基地，串補送出系統包括串補裝置，其安裝在匯集站的外送輸電線上。下面以風力發電基地為例對本實用新型提供的次同步振蕩抑制裝置的工作過程進行說明。圖2為本實用新型實施例中風力發電基地經串補送出四天的電網側次同步振蕩抑制示意圖，如圖所示，本實施例中風力發電基地包括風力發電機組201，其依次與匯集站202和串補送出系統203連接。信號提取模塊 101的一條輸入支路連接於匯集站202和串補送出系統203之間，另一條輸入支路連接於匯集站202與電壓源換流器103之間。本實施例中電壓源換流器103可以採用基於全控器件的H 橋級聯結構，接收信號處理模塊102下發的觸發脈衝後，控制全控器件開關和/或關斷，向系統注入相應的電流，與系統發生功率交換，從而實現對次同步振蕩的抑制。
[0072] 顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其特徵在於，所述裝置 包括信號提取模塊、信號處理模塊和電壓源換流器； 所述信號提取模塊、信號處理模塊和電壓源換流器順次連接； 所述信號提取模塊的輸入端連接於新能源發電基地的匯集站與串補送出系統之間； 所述電壓源換流器的輸出端與所述匯集站的外送輸電線連接。2.如權利要求1所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於，所述信號提取模塊的輸入端包括兩條支路: 一條所述支路接入所述匯集站與串補送出系統之間的輸電線路，另一條所述支路接入 所述匯集站與電壓源換流器之間的母線。3.如權利要求1所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於，所述信號提取模塊包括信號採集單元和信號提取單元； 所述信號採集單元，採集所述匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電壓us和電流is， 及採集所述匯集站與電壓源換流器之間母線的電流iu 所述信號提取單元，依據所述電流is和電流iL確定次同步電流信號。4.如權利要求1所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於，所述信號處理模塊包括補償參考信號計算單元和脈衝調製單元； 所述補償參考信號計算單元，接收所述信號提取單元的輸出信號，依據該輸出信號計 算所述匯集站的補償參考信號； 所述脈衝調製單元，依據所述補償參考信號生成觸發脈衝，並將其發送至所述電壓源 換流器;所述電壓源換流器，用於與所述串補送出系統進行功率交換以抑制次同步振蕩。5.如權利要求4所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於，所述補償參考信號計算單元包括第一 PI控制器、第二PI控制器、第三PI控制器和 信號變換子單元； 所述第一 PI控制器、第二PI控制器和信號變換子單元的一個輸入端順次連接，所述第 三PI控制器與信號變換子單元的另一個輸入端連接，所述信號變換子單元的輸出端與所述 電壓源換流器連接。6.如權利要求5所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於， 所述第一 PI控制器，對直流偏差信號進行PI控制； 所述第二PI控制器，對第一比較器輸出的偏差信號進行PI控制;所述第一比較器的正 輸入端分別接收所述第一 PI控制器的輸出信號和所述信號提取模塊輸出的次同步電流 iLd_sub，負輸入端接收所述信號提取模塊輸出的電流isd; 所述第三PI控制器，對第二比較器輸出的偏差信號進行PI控制；所述第二比較器的正 輸入端分別接收所述信號提取模塊輸出的次同步電流iU_SUb和無功電流設定值iqref，負輸 入端接收所述信號提取模塊輸出的電流iSq ; 其中，所述電流iSd和電流iSq為匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is在d-q坐 標系下的電流。7.如權利要求5所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於，所述信號變換子單元包括第三比較器、第四比較器和坐標變換子單元； 所述第三比較器的正輸入端分別接收所述信號提取模塊輸出的電壓Usd和電流isd，負輸 入端接收所述第二PI控制器的輸出信號； 所述第四比較器的正輸入端分別接收所述信號提取模塊輸出的電壓uSq和電流iSq，負輸 入端接收所述第三PI控制器的輸出信號； 所述坐標變換子單元，對所述第三比較器和第四比較器的輸出信號進行坐標轉換，得 至Ijabc坐標下的電壓Uma、電壓Umb和電壓Umc ; 其中，所述電流iSd和電流iSq為匯集站與串補送出系統之間輸電線路的電流is在d-q坐 標系下的電流;所述電壓Usd和電壓uSq為所述輸電線路的電壓US在d-q坐標系下的電壓。8.如權利要求1所述的一種新能源基地經串補送出的電網側次同步振蕩抑制裝置，其 特徵在於， 所述新能源發電基地包括風力發電基地和/或光伏發電基地； 所述串補送出系統包括串補裝置，其安裝在所述匯集站的外送輸電線上。
【文檔編號】H02J3/18GK205724922SQ201620641656
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】於弘洋, 趙國亮, 劉宗燁, 陸振綱, 蔡林海
【申請人】全球能源網際網路研究院, 國家電網公司