專利名稱：輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置。
背景技術(shù)：
由于我國發(fā)電資源分布與用電負(fù)荷地理位置上分布極不均衡，大容量、遠(yuǎn)距離輸電，實現(xiàn)全國電網(wǎng)互聯(lián)將是我國電網(wǎng)發(fā)展的特點。提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和增加傳輸功率、改善系統(tǒng)阻尼、迅速抑制系統(tǒng)故障后振蕩、抑制次同步諧振是我國串聯(lián)補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的。但是采用固定串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)可能引發(fā)次同步諧振(SSR)。輕微的次同步諧振會降低汽輪發(fā)電機(jī)軸系的壽命，嚴(yán)重的次同步諧振可導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)軸系斷裂，威脅機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。1970年12月和1971年10月位于美國內(nèi)華達(dá)州南部的Mohave火電廠發(fā)電機(jī)組軸系由于串補(bǔ)電容引發(fā)了兩次次同步諧振，次同步諧振問題才引起廣泛關(guān)注，開展了一系列調(diào)查研究。隨著串聯(lián)補(bǔ)償裝置在世界許多國家廣泛應(yīng)用，次同步諧振的抑制措施也受到廣泛的重視，開發(fā)出多種抑制次同步諧振的技術(shù)，主要有一、靜止阻塞濾波器，理論上講靜止阻塞濾波器可以有效減少機(jī)電扭矩相互作用和暫態(tài)力矩放大效應(yīng)，但該方法的缺點是費用高、占地面積大，其阻塞效果還取決于對扭振頻率的預(yù)測和發(fā)電機(jī)參數(shù)的測量，而扭振頻率隨負(fù)載等情況的變化而有所變化，如果參數(shù)不當(dāng)反而激發(fā)起嚴(yán)重的諧振。二、附加勵磁阻尼控制，這種技術(shù)主要適合于次同步諧振風(fēng)險不是很大的系統(tǒng)，起到一定的輔助作用，但對于次同步諧振風(fēng)險較大的系統(tǒng)，其作用有限。三、應(yīng)用靜止無功補(bǔ)償器(SVC)抑制次同步諧振，SVC抑制次同步諧振的效果與補(bǔ)償容量有關(guān)，還與系統(tǒng)運(yùn)行情況及控制策略有關(guān)，如策略不當(dāng)，阻尼次同步諧振的效果就會差很多。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的串補(bǔ)裝置，從而更好地抑制次同步諧振，提高輸配電系統(tǒng)的系統(tǒng)傳輸能力和穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置，所述裝置包括串聯(lián)電容器組、阻尼裝置和晶閘管閥，所述阻尼裝置和所述晶閘管閥串聯(lián)后再與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)，其中，所述串聯(lián)電容器組由多臺電容器通過串聯(lián)方式組成；所述阻尼裝置實現(xiàn)為電感，用于限制所述串聯(lián)電容器組的放電電流的幅值和頻率，使其很快衰減，還用于迅速泄放所述串聯(lián)電容器組的殘余電荷；以及所述晶閘管閥包括反向并聯(lián)的兩個晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷來改變流過所述晶閘管閥所在支路的電流，從而改變所述可控串補(bǔ)裝置的等值阻抗。
優(yōu)選地，所述可控串補(bǔ)裝置進(jìn)一步包括金屬氧化物限壓器，所述金屬氧化物限壓器與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)，用于限制所述串聯(lián)電容器組的過電壓，以作為所述串聯(lián)電容器組的主保護(hù)電路。優(yōu)選地，所述可控串補(bǔ)裝置進(jìn)一步包括強(qiáng)制火花放電裝置，所述強(qiáng)制火花放電裝置與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)，用于快速觸發(fā)而將所述串聯(lián)電容器組旁路，以作為所述金屬氧化物限壓器的主保護(hù)電路和所述串聯(lián)電容器組的后備保護(hù)電路。優(yōu)選地，所述可控串補(bǔ)裝置進(jìn)一步包括旁路斷路器，所述旁路斷路器是一與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)的隔離開關(guān)，用于進(jìn)行所述可控串補(bǔ)裝置中串補(bǔ)功能的投入和退出的操作。優(yōu)選地，所述金屬氧化物限壓器在正常運(yùn)行工況下呈現(xiàn)高阻值，不導(dǎo)通，而當(dāng)流過所述串聯(lián)電容器組的電流超過正常范圍而造成所述串聯(lián)電容器組電壓過高時，所述金屬氧化物限壓器導(dǎo)通以吸收電流能量，從而起到保護(hù)所述串聯(lián)電容器組的作用。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上述可控串補(bǔ)裝置，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)速檢測模塊、信號處理模塊、中央處理模塊和觸發(fā)控制模塊，其中，所述轉(zhuǎn)速檢測模塊，用于采集電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，并與發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比較得到一轉(zhuǎn)速偏差信號，并將該轉(zhuǎn)速偏差信號傳送到所述信號處理模塊；所述信號處理模塊，用于從該轉(zhuǎn)速偏差信號的相位信息中獲取次同步諧振的信息，并將該次同步諧振的信息傳送到所述中央處理模塊；所述中央處理模塊，用于對該次同步諧振的信息進(jìn)行處理，得到可對該次同步諧振進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)態(tài)阻抗值，根據(jù)該穩(wěn)態(tài)阻抗值計算出用于晶閘管的一觸發(fā)角，將該觸發(fā)角轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的時間偏移量，并根據(jù)該時間偏移量來驅(qū)動所述觸發(fā)控制模塊；以及所述觸發(fā)控制模塊，用于根據(jù)所述中央處理模塊的驅(qū)動，基于該時間偏移量來控制所述可控串補(bǔ)裝置中的晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷，從而使得所述可控串補(bǔ)裝置達(dá)到該穩(wěn)態(tài)阻抗值。優(yōu)選地，所述觸發(fā)控制模塊實現(xiàn)為一觸發(fā)器。優(yōu)選地，所述信號處理模塊采用高通濾波或帶通濾波來從該轉(zhuǎn)速偏差信號的相位信息中獲取次同步諧振的信息。根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出了一種可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)，其在輸電線路中加入可控的晶閘管閥，由串聯(lián)電容器組和晶閘管閥控制的電感并聯(lián)構(gòu)成可控串補(bǔ)裝置。由于晶閘管閥為可控元件，本發(fā)明可通過控制晶閘管閥中晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷來實現(xiàn)對可控串補(bǔ)裝置總阻抗的平滑控制，其相對固定串補(bǔ)而言，能夠更有效地抑制系統(tǒng)的次同步諧振、提高系統(tǒng)傳輸能力和暫態(tài)穩(wěn)定性，起到減小線路電抗、改善功率分布的作用。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
中輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置的電路圖；圖2是本發(fā)明具體實施方式
中輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式由于現(xiàn)有技術(shù)的電力系統(tǒng)中采用固定串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)，串聯(lián)的電容器組的容抗會在輸電線路上產(chǎn)生一定相位偏差，從而引發(fā)次同步諧振現(xiàn)象。本發(fā)明的思路在于在補(bǔ)償電路中加入可控元件，通過動態(tài)控制包括原有串聯(lián)電容器組在內(nèi)的可控串補(bǔ)電路的等效阻抗，從而有可能補(bǔ)償所偏差的相位。相對固定串補(bǔ)而言，本發(fā)明能夠更有效地抑制系統(tǒng)的次同步諧振、提高系統(tǒng)傳輸能力和暫態(tài)穩(wěn)定性，起到減小線路電抗、改善功率分布的作用。上述發(fā)明構(gòu)思具體體現(xiàn)在如下具體實施方式
的介紹中。圖1是本發(fā)明具體實施方式
中輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置的電路圖。圖1中所示的可控串補(bǔ)裝置包括串聯(lián)電容器組C、金屬氧化物限壓器MOV、強(qiáng)制火花放電裝置GAP、阻尼裝置L、旁路斷路器BPB和晶閘管閥TSW等。其中，串聯(lián)電容器組、晶閘管閥和阻尼裝置是該可控串補(bǔ)裝置的核心功能部件，也就是說，電容器組和由晶閘管閥控制的阻尼裝置并聯(lián)可組成本發(fā)明中的可控串補(bǔ)裝置。串聯(lián)電容器組C是現(xiàn)有串補(bǔ)裝置中就存在的，其也是本發(fā)明可控串補(bǔ)裝置中的一個主要工作元件，其由多臺電容器通過串聯(lián)方式組成。金屬氧化物限壓器MOV與該電容器組并聯(lián)，用于限制電容器組的過電壓，是串聯(lián)電容器組的主保護(hù)電路。金屬氧化物限壓器MOV在正常運(yùn)行工況下呈現(xiàn)高阻值，不導(dǎo)通，而當(dāng)流過串聯(lián)電容器組的電流超過正常范圍而造成電容器組電壓過高時，金屬氧化物限壓器MOV導(dǎo)通以吸收電流能量，從而起到保護(hù)串聯(lián)電容器組的作用。強(qiáng)制火花放電裝置GAP與該電容器組并聯(lián)，其能夠快速觸發(fā)而將串聯(lián)電容器組旁路，它是金屬氧化物限壓器MOV的主保護(hù)電路和串聯(lián)電容器組的后備保護(hù)電路。旁路斷路器BPB實現(xiàn)為與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)的隔離開關(guān)，用于進(jìn)行可控串補(bǔ)裝置中串補(bǔ)功能的投入和退出的操作。此外，旁路斷路器BPB合閘后，可使火花間隙電弧迅速熄滅，防止火花間隙燃弧時間過長。阻尼裝置L可實現(xiàn)為電感，也是可控串補(bǔ)裝置的一個主要工作元件，其用于限制串聯(lián)電容器組放電電流的幅值和頻率，使其很快衰減，從而減小放電電流對電容器組、旁路斷路器和強(qiáng)制火花放電裝置GAP的損害，還用于迅速泄放電容器組的殘余電荷。在圖1所示的可控串補(bǔ)裝置中，晶閘管閥TSW是一個重要的元件，它的設(shè)置也是本發(fā)明其中一個重要發(fā)明點。該晶閘管閥TSW主要包括反并聯(lián)的雙向晶閘管，其與阻尼裝置L串聯(lián)之后與串聯(lián)電容器組C并聯(lián)。由于晶閘管具有可控特性，因此就可以通過控制晶閘管閥中的晶閘管的導(dǎo)通時刻，來改變流過其所在電抗器支路的電流，從而改變可控串補(bǔ)裝置的外部等值阻抗。相對于現(xiàn)有的由串聯(lián)電容器構(gòu)成的單一容性補(bǔ)償電路來講，本發(fā)明的可控串補(bǔ)裝置的阻抗可在感性或容性區(qū)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)?？梢?，本發(fā)明中的可控串補(bǔ)裝置是通過晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷控制來調(diào)節(jié)補(bǔ)償度的。兩個晶閘管反向并聯(lián)且串聯(lián)在電抗器支路中，通過改變晶閘管的觸發(fā)角(導(dǎo)通和關(guān)斷時間)，可以改變流過電抗器支路的電流，使可控串補(bǔ)裝置呈現(xiàn)總的阻抗在感性或容性區(qū)間連續(xù)變化，以改變系統(tǒng)電氣參數(shù)來調(diào)節(jié)線路潮流。通過適當(dāng)?shù)目刂疲景l(fā)明的可控串補(bǔ)裝置有可能實現(xiàn)對系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼。在圖2中，除發(fā)電機(jī)之外的實線框中示出了本發(fā)明具體實施方式
中輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該可控串補(bǔ)系統(tǒng)包括以上介紹的可控串補(bǔ)裝置，此外，該系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)速檢測模塊、信號處理模塊、中央處理模塊和觸發(fā)控制模塊。該轉(zhuǎn)速檢測模塊采集電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，并與發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比較得到一轉(zhuǎn)速偏差信號，并將該轉(zhuǎn)速偏差信號傳送到信號處理模塊。該信號處理模塊通過高通濾波或帶通濾波等信號處理手段，從該轉(zhuǎn)速偏差信號的相位信息中獲取次同步諧振的信息，并將該信息傳送到中央處理模塊。該中央處理模塊對該次同步諧振的信息進(jìn)行處理，得到可對該次同步諧振進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)態(tài)阻抗值，根據(jù)該穩(wěn)態(tài)阻抗值計算出用于晶閘管的一觸發(fā)角，將該觸發(fā)角轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的時間偏移量，并根據(jù)該時間偏移量來驅(qū)動觸發(fā)控制模塊。該觸發(fā)控制模塊可實現(xiàn)為一觸發(fā)器，其受到中央處理模塊的驅(qū)動，基于該時間偏移量來控制可控串補(bǔ)裝置中雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得可控串補(bǔ)裝置達(dá)到該穩(wěn)態(tài)阻抗值。該可控串補(bǔ)裝置可在該觸發(fā)控制模塊的控制下，使得自身阻抗在感性或容性區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化，以在發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速偏差信號相位相近的附加轉(zhuǎn)矩，從而有效阻尼系統(tǒng)的低頻振蕩。其中，信號處理模塊從轉(zhuǎn)速偏差信號的相位信息中獲取次同步諧振信息的方式可利用現(xiàn)有技術(shù)中的次同步諧振計算方法獲得。由上文中對于可控串補(bǔ)裝置的介紹可知，其中串聯(lián)電容器組C的容抗和阻尼裝置L的感抗是固定值，可控串補(bǔ)裝置的阻抗調(diào)節(jié)正是通過調(diào)節(jié)晶閘管閥TSW中晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷(觸發(fā)角)來實現(xiàn)的，只要確定了所需的穩(wěn)態(tài)阻抗值，中央處理模塊根據(jù)該穩(wěn)態(tài)阻抗值來確定晶閘管觸發(fā)角的計算方式屬于現(xiàn)有技術(shù)，該計算和控制方式也并非本發(fā)明的發(fā)明點，此處不做贅述。根據(jù)上述具體實施方式
介紹可知，本發(fā)明提出了一種可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)，其在輸電線路中加入可控的晶閘管閥，由原有的串聯(lián)電容器組和晶閘管閥控制的電感并聯(lián)構(gòu)成可控串補(bǔ)裝置。由于晶閘管閥為可控元件，本發(fā)明可通過控制晶閘管閥中晶閘管的觸發(fā)角來實現(xiàn)對可控串補(bǔ)裝置總阻抗的平滑控制，其相對固定串補(bǔ)而言，能夠更有效地抑制系統(tǒng)的次同步諧振、提高系統(tǒng)傳輸能力和暫態(tài)穩(wěn)定性，起到減小線路電抗、改善功率分布的作用。
權(quán)利要求
1.一種輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置，其特征在于，所述可控串補(bǔ)裝置包括串聯(lián)電容器組、阻尼裝置和晶閘管閥，所述阻尼裝置和所述晶閘管閥串聯(lián)后再與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)，其中， 所述串聯(lián)電容器組由多臺電容器通過串聯(lián)方式組成； 所述阻尼裝置實現(xiàn)為電感，用于限制所述串聯(lián)電容器組的放電電流的幅值和頻率，使其很快衰減，還用于迅速泄放所述串聯(lián)電容器組的殘余電荷；以及 所述晶閘管閥包括反向并聯(lián)的兩個晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷來改變流過所述晶閘管閥所在支路的電流，從而改變所述可控串補(bǔ)裝置的等值阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可控串補(bǔ)裝置進(jìn)一步包括金屬氧化物限壓器，所述金屬氧化物限壓器與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)，用于限制所述串聯(lián)電容器組的過電壓，以作為所述串聯(lián)電容器組的主保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述可控串補(bǔ)裝置進(jìn)一步包括強(qiáng)制火花放電裝置，所述強(qiáng)制火花放電裝置與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)，用于快速觸發(fā)而將所述串聯(lián)電容器組旁路，以作為所述金屬氧化物限壓器的主保護(hù)電路和所述串聯(lián)電容器組的后備保護(hù)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可控串補(bǔ)裝置進(jìn)一步包括旁路斷路器，所述旁路斷路器是一與所述串聯(lián)電容器組并聯(lián)的隔離開關(guān)，用于進(jìn)行所述可控串補(bǔ)裝置中串補(bǔ)功能的投入和退出的操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述金屬氧化物限壓器在正常運(yùn)行工況下呈現(xiàn)高阻值，不導(dǎo)通，而當(dāng)流過所述串聯(lián)電容器組的電流超過正常范圍而造成所述串聯(lián)電容器組電壓過高時，所述金屬氧化物限壓器導(dǎo)通以吸收電流能量，從而起到保護(hù)所述串聯(lián)電容器組的作用。
6.一種輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1-5種任一項所述的可控串補(bǔ)裝置，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)速檢測模塊、信號處理模塊、中央處理模塊和觸發(fā)控制模塊，其中， 所述轉(zhuǎn)速檢測模塊，用于采集電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，并與發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比較得到一轉(zhuǎn)速偏差信號，并將該轉(zhuǎn)速偏差信號傳送到所述信號處理模塊； 所述信號處理模塊，用于從該轉(zhuǎn)速偏差信號的相位信息中獲取次同步諧振的信息，并將該次同步諧振的信息傳送到所述中央處理模塊； 所述中央處理模塊，用于對該次同步諧振的信息進(jìn)行處理，得到可對該次同步諧振進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)態(tài)阻抗值，根據(jù)該穩(wěn)態(tài)阻抗值計算出用于晶閘管的一觸發(fā)角，將該觸發(fā)角轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的時間偏移量，并根據(jù)該時間偏移量來驅(qū)動所述觸發(fā)控制模塊；以及 所述觸發(fā)控制模塊，用于根據(jù)所述中央處理模塊的驅(qū)動，基于該時間偏移量來控制所述可控串補(bǔ)裝置中的晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷，從而使得所述可控串補(bǔ)裝置達(dá)到該穩(wěn)態(tài)阻抗值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述觸發(fā)控制模塊實現(xiàn)為一觸發(fā)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述信號處理模塊采用高通濾波或帶通濾波來從該轉(zhuǎn)速偏差信號的相位信息中獲取次同步諧振的信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸電線路抑制系統(tǒng)次同步諧振的可控串補(bǔ)裝置。本發(fā)明提出了一種可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)，其在輸電線路中加入可控的晶閘管閥，由串聯(lián)電容器組和晶閘管閥控制的電感并聯(lián)構(gòu)成可控串補(bǔ)裝置。由于晶閘管閥為可控元件，本發(fā)明可通過控制晶閘管閥中晶閘管的導(dǎo)通/關(guān)斷來實現(xiàn)對可控串補(bǔ)裝置總阻抗的平滑控制，其相對固定串補(bǔ)而言，能夠更有效地抑制系統(tǒng)的次同步諧振、提高系統(tǒng)傳輸能力和暫態(tài)穩(wěn)定性，起到減小線路電抗、改善功率分布的作用。
文檔編號H02J3/01GK103050976SQ20131001129
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者張海濤, 任遠(yuǎn), 王啟銀, 王曉強(qiáng), 趙銳 申請人:山西省電力公司大同供電分公司, 國家電網(wǎng)公司