一种抑制次同步振荡的统一潮流控制器附加阻尼控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明设及一种抑制次同步振荡的统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC)附加阻尼控制系统，属于次同步振荡（Subsynchronous Oscillation, SS0)抑制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国"西电东送"电力发展战略的推进，为满足远离负荷中屯、的大型电源基地 电力外送需求，串联电容补偿输电、高压直流输电化VDC)在我国得到了广泛的应用;然而， 串联电容补偿输电和高压直流输电在提高系统输电能力、带来巨大经济性的同时，也使电 力系统面临着严峻的SSO问题。
[0003] 作为现今功能最为强大的柔性交流输电(FACTS)装置，统一潮流控制器(UPFC)不 仅可向系统提供无功补偿、调节系统电压，还可实现对系统有功潮流和无功潮流的有效控 审IJ，在电力系统中拥有广泛的推广应用前景。现有的统一潮流控制系统对电力系统的次同 步振荡比较大。
[0004] UPFC装置包括并联侧变压器-换流器、串联侧变压器-换流器和直流电容，UPFC并 联侧换流器(VSCl)和串联侧换流器(VSC2)分别采用两端节点电压定向的矢量控制。在其控 制器的调节作用下，UPFC串/并联侧换流器分别向系统输出幅值和相角可控的电压Use和 UshDUPFC装置接线示意图参见图1(a)及等值电路图参见图1(b);图2(a)为UPFC并联侦唆压 器-换流器VSCl控制框图；图2(b)为UPFC串联侧变压器-换流器VSC2控制框图。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种抑制次同步振荡的统一潮流控 制器附加阻尼控制系统，所设计的统一潮流控制器附加次同步阻尼控制器，能够成功抑制 电力系统的次同步振荡，且不会影响系统和统一潮流控制器装置的正常稳定运行。
[0006] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0007] 该系统利用所设计的次同步阻尼控制器作用于统一潮流控制器控制回路，达到次 同步振荡抑制的目的。
[000引本发明的一种抑制次同步振荡的统一潮流控制器附加阻尼控制系统，统一潮流控 制器装置包括并联侧换流器、串联侧换流器和直流电容，包括次同步阻尼控制器，所述次同 步阻尼控制器的附加控制信号Uda"p_sh及Ud^_se分别叠加在并联侦峨流器及串联侧换流器无 功控制回路的q轴电流内环控制指令处;所述次同步阻尼控制器包括多个次同步模态控制 回路，每个所述次同步模态控制回路包括模态滤波器、用于对输入信号进行放大的比例放 大模块和用于实现相位补偿的移相器，各次同步模态控制回路的输出信号经叠加并经限幅 模块后即形成次同步阻尼控制器输出的附加控制信号Uda"p_sh及Udamp_se;所述次同步阻尼控 制器W发电机轴系转速偏差A COe为输入控制信号。
[0009]其中，所述模态滤波器，用于实现对不同SSO模态的解禪控制，各控制回路的模态 滤波器由相应模态频率的带通滤波器及其他模态频率的带阻滤波器串联组成；
[0010] 其中，所述比例放大模块，用于对经滤波模态信号进行放大调节，为附加次同步阻 尼控制器提供足够大的信号；
[0011] 其中，所述移相器，用于补偿模态滤波器、UPFC换流器-连接变压器、电力系统对 SSO模态频率信号的滞后相位，生成模态控制信号；
[0012] 其中，所述限幅模块，用于对各模态控制回路生成的模态控制信号的叠加信号进 行限幅，生成最终的统一潮流控制器次同步附加控制信号。
[0013] 上述次同步阻尼控制器采用模态分离的多通道控制器结构，用于对各同步振荡模 态进行解禪控制。
[0014] 上述模态滤波器由相应模态频率的带通滤波器和其他模态频率的带阻滤波器串 联组成。
[001引设机组轴系转速中模态i分量的角频率为…、幅值为Ai、初相位为齡并联侧换流 器附加控制器对模态i频率分量的相移和放大倍数分别为kish和0ish，则叠加至UPFC并联侧 换流器控制器内环电流控制指令的附加控制信号为
[0017] UPFC并联侧换流器可快速跟踪附加控制信号，其输出的相应次同步频率电流为
[0019] 式中，Tshi为并联侧换流器对模态i频率信号的响应延迟，S为Laplace算子；
[0020] 流入发电机电枢绕组的次同步电流Igenq_shi为
[0022] 式中，Zgen_i、Zsys_shi分别为模态i频率下，从UPFC节点至发电机的等值阻抗、系统对 UPFC的等值阻抗;Gish和(I)ISh分别为UPFC并联侧换流器和系统对模态i频率信号的幅频响应 和相频响应；
[0023] 从而，可得到UPFC并联侧换流器输出的模态i频率的次同步电流，经发电机电枢绕 组所产生的附加次同步转矩A Tei_sh为
[0025]式中，Ug为发电机机端电压，Ssh为发电机机端电压超前UPFC并联侧接入点电压化 的角度；《 G为发电机转速，其在稳态下《 G - 1 .化.U .，从而上式可化简为
[0027]同理，可得到UPFC串联侧换流器输出的模态i频率的次同步电流，经发电机电枢绕 组所产生的附加次同步转矩A Tei_se为
[0029] 式中，0ise和kise分别为串联侧换流器附加控制器对模态i频率分量的相移和放大 倍数，Gise和(I)Ise分别为UPFC串联侧换流器和系统对模态i频率信号的幅频响应和相频响 应Ae为发电机机端电压超前UPFC串联侧接入点电压化的角度；
[0030] 由UPFC附加次同步阻尼控制所产生的附加次同步电磁转矩A Tei_sh和A Tei_se的表 达式可知，调整附加控制器模态i控制回路的相移0ish和01S6,及放大倍数kish和kise，使其在 发电机中产生足够大的正附加电磁转矩A Tei_sh和A Tei_se，即可达到抑制该模态次同步振 荡的目的。
[0031] 对于次同步振荡稳定的系统，即Ai = O,从而有各模态控制回路的附加控制信号 Udampi _ 0,5? [fO 令'
[0032] Udamp= 2 Udampi = OQ = I ,2, ... ,n)
[0033] 即次同步阻尼控制器在稳态情况下输出为0,不会影响系统和统一潮流控制器装 置在稳态下的正常运行。
[0034] 本发明的有益效果是：
[0035] 通过在统一潮流控制器的二次控制回路附加次同步阻尼控制，来达到次同步振荡 抑制的目的，无需增加新的一次电气设备，投资成本低;可同时实现对电力系统多模态次同 步振荡的抑制，保障电力设备的安全，提局电力系统的稳定性。
【附图说明】
[0036] 图1(a)为UPFC接线示意图；
[0037] 图1(b)为UPFC等值电路图；
[0038] 图2(a)为UPFC并联侧变压器-换流器VSCl控制框图；
[0039] 图2(b)为UPFC串联侧变压器-换流器VSC2控制框图；
[0040] 图3为含UPFC的串补输电系统接线图；
[0041 ]图4为UPFC附加次同步阻尼控制器原理框图；
[0042] 图5 (a)为UPFC并侧换流器次同步电流等值电路；
[0043] 图5(b)为UPFC并侧换流器相位示意图；
[0044] 图6(a)为汽轮发电机组轴系转速偏差及扭矩；
[0045] 图6(b)为串/并联侧换流器SSDC投入运行前后系统仿真结果；
[0046] 图7(a)为汽轮发电机组轴系转速偏差及扭矩；
[0047] 图7(b)为串联侧换流器SSDC投入运行前后系统仿真结果；
[0048] 图8(a)为汽轮发电机组轴系转速偏差及扭矩；
[0049] 图8(b)为并联侧换流器SSDC投入运行前后系统仿真结果；
[0050] 图9为抑制次同步振荡的统一潮流控制器附加阻尼控制系统框图。
【具体实施方式】
[0051] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合
【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0052] 附加控制器反馈控制信号:为达到抑制系统SSO的目的，需控制UPFC装置向系统注 入互补频率的次同步频率电流。采用发电机轴系转速偏差作为反馈控制信号，且由于UPFC 换流器控制器包含了电流内环控制环节，UPFC输出电流可快速跟踪电流内环控制信号，故 将附加控制信号叠加至UPFC换流器控制的电流内环指令处。对于频率为CO 1的SSO模态，次 同步附加控制器将会在UPFC换流器控制的dq轴电流内环指令上叠加 CO 1频率的信号，经 UPFC换流器控制dq至adc坐标转换后，即控制UPFC向系统注入互补频率（WO-Oi)的次同步 电流，《0为系统工频角频率。
[0053] 附加控制信号接入位置：由于保持UPFC直流母线电压恒定是维持UPFC正常运行的 首要条件，故不考虑将抑制SSO的SSDC(次同步附加阻尼控制器)信号Udamp_sh叠加至UPFC并 联侧换流器的直流电压控制回路；同时，为减少对系统功率的扰动，亦不考虑在UPFC串联侧 换流器的有功控制回路叠加 SSDC信号Udamp_se。因此，为尽量减小UPFC附加控制对UPFC和系 统潮流的影响，UPFC串/并联侧附加控制信(Udamp_sh和Udamp_se)均叠加在无功控制回路的q轴 电流内环指令处，参见图2(a)和图2(b)所示。
[0054] 附加控制器组成环节：为使附加控制器达到SSO抑制的效果，控制器由模态滤波 器、移相器、比例放大环节和限幅环节组成。各环节的性能要求及整定原则如下：
[0055] 对于模态滤波器，为实现对不同SSO模态的解禪控制，各控制回路的模态滤波器应 由相应模态频率的带通滤波器及其他模态频率的带阻滤波器串联组成；
[0056] 移相器对相应模态频率信号的移相角度应可补偿对应的模态滤波器、UPFC换流 器-连接变压器、电力系统对该模态频率信号的滞后相位，从而使SSDC向该模态提供正的附 加次同步阻尼；
[0化7]比例放大环节增益应适中、不可过小或过大，W保证SSDC向对应SSO模态提供正的 附加次同步阻尼大于系统