一種次諧波無(wú)功發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種次諧波無(wú)功發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)張，超高壓直流輸電和大容量發(fā)電機(jī)組需求也在提高，為 降低線(xiàn)路傳輸損耗，目前常用可控串補(bǔ)來(lái)提高網(wǎng)側(cè)電壓，盡管帶來(lái)了的巨大經(jīng)濟(jì)效益，但也 給發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的麻煩，電力系統(tǒng)次同步振蕩是其中較為嚴(yán)重的問(wèn)題 之一。
[0003] 為此提出了許多抑制發(fā)電機(jī)次同步振蕩的措施，現(xiàn)有技術(shù)中采用較多的為：由無(wú) 源器件組成的旁路阻尼濾波器和靜止阻塞濾波器；加入了電力電子器件的SVC裝置。但這 些技術(shù)都存在響應(yīng)速度慢，跟蹤能力差等缺點(diǎn)，且產(chǎn)生次諧波能力有限，無(wú)法從根本上解決 存在的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在響應(yīng)速度慢、跟蹤性能差等缺點(diǎn)，因此需要提出新的解決方 案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種次諧波無(wú)功發(fā)生裝置，用于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生次諧波電流以抑制 次同步振蕩的目的。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種次諧波無(wú)功發(fā)生裝置，包括控制單元和閥組 單元，其中：所述控制單元，用于獲得發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，并根據(jù)該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)計(jì) 算抑制次同步振蕩所需的次諧波電流，再基于dq變換對(duì)電網(wǎng)電壓和所需的次諧波電流依 次進(jìn)行有功-無(wú)功解耦和脈寬調(diào)制，并用調(diào)制后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述閥組單元，以使所述閥組 單元發(fā)出的次諧波電流均為無(wú)功；所述閥組單元，用于在所述控制單元的驅(qū)動(dòng)下發(fā)出次諧 波電流，并將發(fā)出的次諧波電流以無(wú)功的形式注入電網(wǎng)。
[0006] 優(yōu)選地，還包括柜式結(jié)構(gòu)的供電單元，該供電單元用于為所述控制單元和所述閥 組單元提供相應(yīng)的工作電源，且該供電單元又包括：UPS模塊，用于提供不間斷的交流電 源；電源隔離模塊，共連接所述UPS模塊和低壓配電模塊，用于對(duì)UPS模塊提供的不間斷的 交流電源進(jìn)行整流，并將整流后的電源提供給低壓配電模塊；以及所述低壓配電模塊，其連 接所述控制單元和所述閥組單元，用于向所述控制單元和所述閥組單元分配工作電源。
[0007] 優(yōu)選地，所述控制單元為柜式結(jié)構(gòu)，包括：工控機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)界面顯示和操作；系 統(tǒng)控制模塊，其與所述工控機(jī)通訊，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)計(jì)算抑制次同步振蕩所需的次 諧波電流；以及裝置控制模塊，其與所述工控機(jī)通訊，并位于所述系統(tǒng)控制模塊的下游，用 于基于dq變換對(duì)電網(wǎng)電壓和所需的次諧波電流依次進(jìn)行有功-無(wú)功解耦和調(diào)制，并用調(diào)制 后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥組單元，以使所述閥組單元發(fā)出的次諧波電流均為無(wú)功。
[0008] 優(yōu)選地，所述裝置控制模塊包括：鎖相環(huán)模塊，用于對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行跟蹤和鎖相； 電壓環(huán)模塊，用于計(jì)算閥組單元的直流側(cè)電壓參考值和直流側(cè)電壓反饋值的偏差信號(hào)，并 對(duì)該偏差信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)和相位變換，輸出有功分量;兩個(gè)Park變換模塊，其中一個(gè) 位于所述鎖相環(huán)131模塊的下游，用于對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行dq變換，得到電網(wǎng)電壓的有功分量 ^7.，廣，另一個(gè)用于對(duì)所需的次諧波電流進(jìn)行dq變換，得到所需的次諧波電流的有功 分量和無(wú)功分量^& ;有功-無(wú)功電流解耦控制模塊，其位于所述Park變換模塊的下 游，用于將以上得到的所有有功分量和無(wú)功分量進(jìn)行解耦，輸出電壓矢量（w);Park逆變換模塊，其位于所述有功-無(wú)功電流解耦控制模塊的下游，用于將電壓矢量 (變換得到三相調(diào)制信號(hào)Ffu、和以及SPWM調(diào)制模塊，其位于 所述Park逆變換模塊的下游，用于對(duì)三相調(diào)制信號(hào)Ff5%FfP和進(jìn)行SPWM調(diào)制，得 到對(duì)應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述閥組單元。
[0009] 優(yōu)選地，所述裝置控制模塊還包括位于所述SPWM調(diào)制模塊下游的載波移相模塊， 用于對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行載波移相處理。
[0010] 優(yōu)選地，所述閥組單元為對(duì)應(yīng)三相三線(xiàn)制電網(wǎng)的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每相串聯(lián)有若干個(gè) IEGT相模塊。
[0011] 優(yōu)選地，所述IEGT相模塊包括：開(kāi)關(guān)器件IEGT1和開(kāi)關(guān)器件IEGT2,開(kāi)關(guān)器件 IEGT1并聯(lián)有續(xù)流二極管D1，開(kāi)關(guān)器件IEGT2并聯(lián)有續(xù)流二極管D2,開(kāi)關(guān)器件IEGT1和開(kāi)關(guān) 器件IEGT2串聯(lián)在一起，中間連接端引出為輸出端。
[0012] 優(yōu)選地，所述IEGT相模塊還包括緩沖吸收電路，該緩沖吸收電路包括兩個(gè)串聯(lián)的 電感L1、L2以及電阻R、二極管D3和電容C，二極管D3正極端與電感L2相連，二極管D3負(fù) 極端與電阻R的一端相連，電阻R的另一端與電感L1相連；二極管D3的負(fù)極端還連接電容 C的一端，電容C另一端與電源負(fù)端相連接。
[0013] 優(yōu)選地，還包括：散熱單元，用于對(duì)所述閥組單元進(jìn)行散熱。
[0014] 優(yōu)選地，所述散熱單元采用水冷系統(tǒng)。
[0015] 通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用dq變換，將電力系統(tǒng)中有 功分量和無(wú)功分量解耦后，分別進(jìn)行獨(dú)立控制，以確保發(fā)出的次諧波均為無(wú)功，在恒無(wú)功模 式下更好地抑制了次同步振蕩。綜合來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的次諧波無(wú)功發(fā)生裝置具有響應(yīng)速度快、 可調(diào)范圍廣泛、容量大等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地抑制電力系統(tǒng)中的次同步振蕩現(xiàn)象。
[0016] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0018] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式中次諧波無(wú)功發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，并同時(shí)示意了該 次諧波無(wú)功發(fā)生裝置與電網(wǎng)的連接；
[0019] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式中控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式中裝置控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式中閥組單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式中IEGT相模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0024] 1、次諧波無(wú)功發(fā)生裝置；
[0025] 10、控制單元；20、閥組單元；30、供電單元；40、散熱單元；
[0026] 101、工控機(jī)；102、系統(tǒng)控制模塊；103、裝置控制模塊；
[0027] 1031、鎖相環(huán)模塊；1032、電壓環(huán)模塊；1033、Park變換模塊；1034、有功-無(wú)功電 流解耦控制模塊；1035、Park逆變換模塊；1036、SPWM調(diào)制模塊。
[0028] 301、UPS模塊；302、電源隔離模塊；303、低壓配電模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0030] 如圖1所示，在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組通過(guò)變壓器及輸電線(xiàn)路向電網(wǎng)輸送電能，為 降低輸電線(xiàn)路的傳輸損耗，目前常采用增加串補(bǔ)的方法來(lái)提高輸電線(xiàn)路的輸送能力。但是， 這種增加串補(bǔ)的方法也可能引發(fā)次同步振蕩問(wèn)題，使發(fā)電機(jī)組以低于同步頻率的振蕩頻率 運(yùn)行，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全性，因此電廠(chǎng)使用了很多抑制次同步振蕩的裝置。
[0031] 本實(shí)施方式的目的在于通過(guò)產(chǎn)生次諧波電流來(lái)抑制次同步振蕩，給出了一種次諧 波無(wú)功發(fā)生裝置1，如圖1所示，其設(shè)置在發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間，包括控制單元10和閥組單 元20,其中：所述控制單元10,用于獲得發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，并根據(jù)該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào) 確定抑制次同步振蕩所需的次諧波電流，再基于dq變換對(duì)電網(wǎng)電壓和所需的次諧波電流 依次進(jìn)行有功_無(wú)功解耦和脈寬調(diào)制，并用調(diào)制后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述閥組單元，以使所述閥 組單元發(fā)出的次諧波電流均為無(wú)功；所述閥組單元20,用于在所述控制單元的驅(qū)動(dòng)下發(fā)出 次諧波電流，并將發(fā)出的次諧波電流以無(wú)功的形式注入電網(wǎng)。
[0032] 如圖2所示，所述控制單元為柜式結(jié)構(gòu)的控制單元10,可以包括：工控機(jī)101，用 于實(shí)現(xiàn)界面顯示和操作；系統(tǒng)控制模塊102,其與所述工控機(jī)11通訊，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差信 號(hào)計(jì)算抑制次同步振蕩所需的次諧波電流；以及裝置控制模塊103,其與所述工控機(jī)101通 訊，并位于所述系統(tǒng)控制模塊的下游，用于基于dq變換對(duì)電網(wǎng)電壓和所需的次諧波電流依 次進(jìn)行有功-無(wú)功解耦和調(diào)制，并用調(diào)制后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥組單元，以使所述閥組單元發(fā)出 的次諧波電流均為無(wú)功。此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，所述控制單元10還可配置交換機(jī)，其配合所 述工控機(jī)使用，使工控機(jī)的應(yīng)用范圍更廣。
[0033] 所述系統(tǒng)控制模塊主要是完成操作邏輯、信號(hào)測(cè)量、系統(tǒng)控制（功率因數(shù)補(bǔ)償、抑 制振蕩控制）等。本領(lǐng)域所公知的是發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化與次同步振蕩密切相關(guān)，因此根 據(jù)轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)計(jì)算抑制次同步振蕩所需的次諧波電流的算法在本領(lǐng)域有很多，一般是采 用將轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)進(jìn)行模態(tài)濾波，提取出后關(guān)注的次諧波電流相關(guān)的模態(tài)分量，再對(duì)該模 態(tài)分量進(jìn)行鎖相、比例放大、移相及運(yùn)算，得到所需次諧波電流的幅值和相位，再結(jié)合發(fā)電 機(jī)組的軸系扭振頻率，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的次諧波電流。
[0034] 所述裝置控制模塊103具備dq解耦控制功能，本實(shí)施方式中所述裝置控制模塊的 結(jié)構(gòu)優(yōu)選為圖3所示的結(jié)構(gòu)，其包括：鎖相環(huán)模塊1031，用于對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行跟蹤和鎖相； 電壓環(huán)模塊1032,用于計(jì)算閥組單元的直流側(cè)電壓參考值和直流側(cè)電壓反饋值的偏差信 號(hào)，并對(duì)該偏差信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)和相位變換，輸出有功分量< ;兩個(gè)Park變換模塊1033， 其中一個(gè)位于所述鎖相環(huán)131模塊的下游，用于對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行dq變換，得到電網(wǎng)電壓的 有功分量和，另一個(gè)用于對(duì)所需的次諧波電流進(jìn)行dq變換，得到所需的次諧波電 流的有功分量/；T;和無(wú)功分量;有功-無(wú)功電流解耦控制模塊1034,其位于所述Park變換模塊1033的下游，用于將以上得到的所有有功分量和無(wú)功分量進(jìn)行解耦，輸出電壓矢 量（以^、ifP);Park逆變換模塊1035,其位于所述有功-無(wú)功電流解耦控制模塊 1034 的下游，用于將電壓矢量（咬峨、eG<)變換得到三相調(diào)制信號(hào)cr'校咖和桴'以 及SPWM調(diào)制模塊1036,其位于所述Park逆變換模塊1035的下游，用于對(duì)三相調(diào)制信號(hào) 「嚴(yán)％ 和進(jìn)行SPWM調(diào)制，得到對(duì)應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述閥組單元。
[0035] 參考圖3,裝置控制模塊的功能實(shí)現(xiàn)主要包括如下幾個(gè)環(huán)節(jié)：
[0036] (1)鎖相環(huán)（PLL)
[0037]鎖相環(huán)用來(lái)跟蹤A、B、C相系統(tǒng)電壓，可得到其基波相位0，以及得到系統(tǒng)電 壓相位的正弦值和余弦值。
[0038] (2)電壓環(huán)
[0039] 計(jì)算直流側(cè)電壓參考值％和直流側(cè)電壓反饋值匕的偏差信號(hào)，該偏差信號(hào)經(jīng)PI 調(diào)節(jié)