本發(fā)明涉及電力電子及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向新能源基地經(jīng)串補送出系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制裝置。

背景技術(shù)：

基于新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，中國已成為風(fēng)電并網(wǎng)容量最大及光伏發(fā)展最快的國家。但是由于我國存在風(fēng)/光資源與負(fù)荷中心呈逆向分布的特點，新能源發(fā)電技術(shù)面臨如何實現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸送的挑戰(zhàn)。目前主要采用串聯(lián)電容補償技術(shù)實現(xiàn)電能的大容量和遠(yuǎn)距離輸送，然而大規(guī)模新能源發(fā)電經(jīng)串補接入電網(wǎng)時極易引起電網(wǎng)次同步振蕩。例如，2009年美國德州發(fā)生了世界上首例新能源經(jīng)串補接入電網(wǎng)的次同步振蕩事故，導(dǎo)致分電機組設(shè)備損壞；2010中國張家口沽源地區(qū)的新能源經(jīng)串補接入電網(wǎng)后發(fā)生了數(shù)十起風(fēng)電機組和串補引起的次同步振蕩故障，造成電網(wǎng)設(shè)備運行異常和大量風(fēng)機脫網(wǎng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中新能源經(jīng)串補接入電網(wǎng)引起的次同步振蕩故障，本發(fā)明提供了一種新能源基地經(jīng)串補送出的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

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于新能源發(fā)電基地的匯集站與串補送出系統(tǒng)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。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)方案為：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(tǒng)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。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)方案為：所述信號提取模塊包括信號采集單元和信號提取單元；

所述信號采集單元，采集所述匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電壓u_S和電流i_S，及采集所述匯集站與電壓源換流器之間母線的電流i_L；

所述信號提取單元，依據(jù)所述電流i_S和電流i_L確定次同步電流信號。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)方案為：所述信號提取單元依據(jù)電流i_S和電流i_L確定次同步電流信號包括：

對所述匯集站與電壓源換流器之間母線的電流i_L進(jìn)行坐標(biāo)變換得到d-q坐標(biāo)系下的電流i_Ld和電流i_Lq；

獲取所述匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電流i_S的相位θ_p；

提取所述電流i_Ld的次同步電流i_{Ld_sub}和所述電流i_Lq的次同步電流i_{Lq_sub}，并對所述次同步電流i_{Ld_sub}和i_{Lq_sub}進(jìn)行相位補償。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)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沖調(diào)制單元；

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(jù)該輸出信號計算所述匯集站的補償參考信號；

所述脈沖調(diào)制單元，依據(jù)所述補償參考信號生成觸發(fā)脈沖，并將其發(fā)送至所述電壓源換流器；所述電壓源換流器，用于與所述串補送出系統(tǒng)進(jìn)行功率交換以抑制次同步振蕩。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)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；

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。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)方案為：

所述第一PI控制器，對直流偏差信號進(jìn)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(jìn)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i_{Ld_sub}，負(fù)輸入端接收所述信號提取模塊輸出的電流i_Sd；

所述第三PI控制器，對第二比較器輸出的偏差信號進(jìn)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i_{Lq_sub}和無功電流設(shè)定值i_qref，負(fù)輸入端接收所述信號提取模塊輸出的電流i_Sq；

其中，所述電流i_Sd和電流i_Sq為匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電流i_S在d-q坐標(biāo)系下的電流。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)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(biāo)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u_Sd和電流i_Sd，負(fù)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u_Sq和電流i_Sq，負(fù)輸入端接收所述第三PI控制器的輸出信號；

所述坐標(biāo)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(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到abc坐標(biāo)下的電壓u_ma、電壓u_mb和電壓u_mc；

其中，所述電流i_Sd和電流i_Sq為匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電流i_S在d-q坐標(biāo)系下的電流；所述電壓u_Sd和電壓u_Sq為所述輸電線路的電壓u_S在d-q坐標(biāo)系下的電壓。

本發(fā)明進(jìn)一步提供的優(yōu)選技術(shù)方案為：

所述新能源發(fā)電基地包括風(fēng)力發(fā)電基地和/或光伏發(fā)電基地；

所述串補送出系統(tǒng)包括串補裝置，其安裝在所述匯集站的外送輸電線上。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的一種新能源基地經(jīng)串補送出的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制裝置，可以避免大型新能源風(fēng)電基地經(jīng)串補送出系統(tǒng)并網(wǎng)后，由于次同步振蕩導(dǎo)致的大量風(fēng)機脫網(wǎng)，從而保證新能源電力送出的安全與穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實施例中一種新能源基地經(jīng)串補送出的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制裝置示意圖；

圖2：本發(fā)明實施例中風(fēng)力發(fā)電基地經(jīng)串補送出四天的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制示意圖；

圖3：本發(fā)明實施例中信號提取模塊原理示意圖；

圖4：本發(fā)明實施例中信號處理模塊原理示意圖；

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(biāo)變換子單元；103：電壓源換流器；201：風(fēng)力發(fā)電基地；202：匯集站；203：串補送出系統(tǒng)。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面分別結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例提供的一種新能源基地經(jīng)串補送出的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制裝置進(jìn)行說明。

圖1為本發(fā)明實施例中一種新能源基地經(jīng)串補送出的電網(wǎng)側(cè)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，

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的輸入端連接于新能源發(fā)電基地的匯集站與串補送出系統(tǒng)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。

下面結(jié)合附圖分別對信號提取模塊101和信號處理模塊102進(jìn)行具體說明。

1、信號提取模塊101

本實施例信號提取模塊101的輸入端連接于新能源發(fā)電基地的匯集站與串補送出系統(tǒng)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?yún)R集站與串補送出系統(tǒng)之間的輸電線路，另一條支路接入?yún)R集站與電壓源換流器之間的母線，電壓源換流器，用于與串補送出系統(tǒng)進(jìn)行功率交換以抑制次同步振蕩。

本實施例中信號提取模塊101包括信號采集單元和信號提取單元。其中，

(1)信號采集單元

信號采集單元，用于采集匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電壓u_S和電流i_S，及采集匯集站與電壓源換流器之間母線的電流i_L。

(2)信號提取單元

信號提取單元，依據(jù)電流i_S和電流i_L確定次同步電流信號。具體為：

對匯集站與電壓源換流器103之間母線的電流i_L進(jìn)行坐標(biāo)變換得到d-q坐標(biāo)系下的電流i_Ld和電流i_Lq；對匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線的電壓和電流進(jìn)行坐標(biāo)變換得到d-q坐標(biāo)系下的電壓和電流；

獲取匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電流i_S的相位θ_p；

提取電流i_Ld的次同步電流i_{Ld_sub}和電流i_Lq的次同步電流i_{Lq_sub}，并對次同步電流i_{Ld_sub}和i_{Lq_sub}進(jìn)行相位補償。

圖3為本發(fā)明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i_La、i_Lb和i_Lc進(jìn)行坐標(biāo)變換，對匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線的電壓和電流進(jìn)行坐標(biāo)變換得到d-q坐標(biāo)系下的電壓和電流，并通過鎖相環(huán)PLL獲取匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電流i_S的相位θ_p，最后依據(jù)坐標(biāo)變換后的電流i_Ld和電流i_Lq，提取電流i_Ld的次同步電流i_{Ld_sub}和電流i_Lq的次同步電流i_{Lq_sub}，并對次同步電流i_{Ld_sub}和i_{Lq_sub}進(jìn)行相位補償。

2、信號處理模塊102

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沖調(diào)制單元。其中，

(1)補償參考信號計算單元

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(jù)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；

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，

第一PI控制器1021，對直流偏差信號進(jìn)行PI控制，如圖4所示，直流偏差信號為直流設(shè)定值u_dcref與直流實際值u_dc的偏差。

第二PI控制器1022，對第一比較器1024輸出的偏差信號進(jìn)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i_{Ld_sub}，負(fù)輸入端接收信號提取模塊102輸出的電流i_Sd。

第三PI控制器1023，對第二比較器1026輸出的偏差信號進(jìn)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i_{Ld_sub}和無功電流設(shè)定值i_qref，負(fù)輸入端接收信號提取模塊輸出的電流i_Sq，即第二比較器1026的輸入信號為i_{Ld_sub}+i_qref-i_Sq。

信號變換子單元包括第三比較器1025、第四比較器1027和坐標(biāo)變換子單元1028：

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u_Sd和電流i_Sd，負(fù)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u_Sd+i_Sd-p₂。

第四比較器1027的正輸入端分別接收信號提取模塊102輸出的電壓u_Sq和電流i_Sq，負(fù)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u_Sq+i_Sq-p₃。

坐標(biāo)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(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到abc坐標(biāo)下的電壓u_ma、電壓u_mb和電壓u_mc；

其中，電流i_Sd和電流i_Sq為匯集站與串補送出系統(tǒng)之間輸電線路的電流i_S在d-q坐標(biāo)系下的電流；電壓u_Sd和電壓u_Sq為上述輸電線路的電壓u_S在d-q坐標(biāo)系下的電壓。

(2)脈沖調(diào)制單元

脈沖調(diào)制單元，依據(jù)補償參考信號生成觸發(fā)脈沖，并將其發(fā)送至電壓源換流器103。

圖4為本發(fā)明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元輸出電壓u_ma、電壓u_mb和電壓u_mc，脈沖調(diào)制單元依據(jù)電壓u_ma、電壓u_mb和電壓u_mc生成觸發(fā)脈沖。

本發(fā)明中新能源發(fā)電基地包括風(fēng)力發(fā)電基地和/或光伏發(fā)電基地，串補送出系統(tǒng)包括串補裝置，其安裝在匯集站的外送輸電線上。下面以風(fēng)力發(fā)電基地為例對本發(fā)明提供的次同步振蕩抑制裝置的工作過程進(jìn)行說明。圖2為本發(fā)明實施例中風(fēng)力發(fā)電基地經(jīng)串補送出四天的電網(wǎng)側(cè)次同步振蕩抑制示意圖，如圖所示，本實施例中風(fēng)力發(fā)電基地包括風(fēng)力發(fā)電機組201，其依次與匯集站202和串補送出系統(tǒng)203連接。信號提取模塊101的一條輸入支路連接于匯集站202和串補送出系統(tǒng)203之間，另一條輸入支路連接于匯集站202與電壓源換流器103之間。本實施例中電壓源換流器103可以采用基于全控器件的H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)，接收信號處理模塊102下發(fā)的觸發(fā)脈沖后，控制全控器件開關(guān)和/或關(guān)斷，向系統(tǒng)注入相應(yīng)的電流，與系統(tǒng)發(fā)生功率交換，從而實現(xiàn)對次同步振蕩的抑制。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only，ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory，RAM)等。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。