一種次諧波無功發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電網技術領域，具體地，涉及一種次諧波無功發生裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著電網系統的不斷擴張，超高壓直流輸電和大容量發電機組需求也在提高，為 降低線路傳輸損耗，目前常用可控串補來提高網側電壓，盡管帶來了的巨大經濟效益，但也 給發電機組的安全穩定運行帶來了新的麻煩，電力系統次同步振蕩是其中較為嚴重的問題 之一。
[0003] 為此提出了許多抑制發電機次同步振蕩的措施，現有技術中采用較多的為：由無 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 些技術都存在響應速度慢，跟蹤能力差等缺點，且產生次諧波能力有限，無法從根本上解決 存在的問題。針對現有技術存在響應速度慢、跟蹤性能差等缺點，因此需要提出新的解決方 案。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種次諧波無功發生裝置，用于實現產生次諧波電流以抑制 次同步振蕩的目的。
[0005] 為了實現上述目的，本發明提供一種次諧波無功發生裝置，包括控制單元和閥組 單元，其中：所述控制單元，用于獲得發電機組的轉速偏差信號，并根據該轉速偏差信號計 算抑制次同步振蕩所需的次諧波電流，再基于dq變換對電網電壓和所需的次諧波電流依 次進行有功-無功解耦和脈寬調制，并用調制后的信號驅動所述閥組單元，以使所述閥組 單元發出的次諧波電流均為無功；所述閥組單元，用于在所述控制單元的驅動下發出次諧 波電流，并將發出的次諧波電流以無功的形式注入電網。
[0006] 優選地，還包括柜式結構的供電單元，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UPS模塊提供的不間斷的 交流電源進行整流，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] 優選地，所述控制單元為柜式結構，包括：工控機，用于實現界面顯示和操作；系 統控制模塊，其與所述工控機通訊，用于根據轉速偏差信號計算抑制次同步振蕩所需的次 諧波電流；以及裝置控制模塊，其與所述工控機通訊，并位于所述系統控制模塊的下游，用 于基于dq變換對電網電壓和所需的次諧波電流依次進行有功-無功解耦和調制，并用調制 后的信號驅動閥組單元，以使所述閥組單元發出的次諧波電流均為無功。
[0008] 優選地，所述裝置控制模塊包括：鎖相環模塊，用于對電網電壓進行跟蹤和鎖相； 電壓環模塊，用于計算閥組單元的直流側電壓參考值和直流側電壓反饋值的偏差信號，并 對該偏差信號進行PI調節和相位變換，輸出有功分量;兩個Park變換模塊，其中一個 位于所述鎖相環131模塊的下游，用于對電網電壓進行dq變換，得到電網電壓的有功分量 ^7.，廣，另一個用于對所需的次諧波電流進行dq變換，得到所需的次諧波電流的有功 分量和無功分量^& ;有功-無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功分量進行解耦，輸出電壓矢量（w);Park逆變換模塊，其位于所述有功-無功電流解耦控制模塊的下游，用于將電壓矢量 (變換得到三相調制信號Ffu、和以及SPWM調制模塊，其位于 所述Park逆變換模塊的下游，用于對三相調制信號Ff5%FfP和進行SPWM調制，得 到對應的PWM驅動信號，以驅動所述閥組單元。
[0009] 優選地，所述裝置控制模塊還包括位于所述SPWM調制模塊下游的載波移相模塊， 用于對PWM驅動信號進行載波移相處理。
[0010] 優選地，所述閥組單元為對應三相三線制電網的鏈式結構，每相串聯有若干個 IEGT相模塊。
[0011] 優選地，所述IEGT相模塊包括：開關器件IEGT1和開關器件IEGT2,開關器件 IEGT1并聯有續流二極管D1，開關器件IEGT2并聯有續流二極管D2,開關器件IEGT1和開關 器件IEGT2串聯在一起，中間連接端引出為輸出端。
[0012] 優選地，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串聯的 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 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的負極端還連接電容 C的一端，電容C另一端與電源負端相連接。
[0013] 優選地，還包括：散熱單元，用于對所述閥組單元進行散熱。
[0014] 優選地，所述散熱單元采用水冷系統。
[0015] 通過上述技術方案，本發明的有益效果是：本發明采用dq變換，將電力系統中有 功分量和無功分量解耦后，分別進行獨立控制，以確保發出的次諧波均為無功，在恒無功模 式下更好地抑制了次同步振蕩。綜合來說，本發明的次諧波無功發生裝置具有響應速度快、 可調范圍廣泛、容量大等優點，能夠很好地抑制電力系統中的次同步振蕩現象。
[0016] 本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0017] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0018] 圖1是本發明的實施方式中次諧波無功發生裝置的結構示意圖，并同時示意了該 次諧波無功發生裝置與電網的連接；
[0019] 圖2是本發明的實施方式中控制單元的結構示意圖；
[0020] 圖3是本發明的實施方式中裝置控制模塊的結構示意圖；
[0021] 圖4是本發明的實施方式中閥組單元的結構示意圖；
[0022] 圖5是本發明的實施方式中IEGT相模塊的結構示意圖。
[0023] 附圖標記說明
[0024] 1、次諧波無功發生裝置；
[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；102、系統控制模塊；103、裝置控制模塊；
[0027] 1031、鎖相環模塊；1032、電壓環模塊；1033、Park變換模塊；1034、有功-無功電 流解耦控制模塊；1035、Park逆變換模塊；1036、SPWM調制模塊。
[0028] 301、UPS模塊；302、電源隔離模塊；303、低壓配電模塊。
【具體實施方式】
[0029] 以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0030] 如圖1所示，在電力系統中，發電機組通過變壓器及輸電線路向電網輸送電能，為 降低輸電線路的傳輸損耗，目前常采用增加串補的方法來提高輸電線路的輸送能力。但是， 這種增加串補的方法也可能引發次同步振蕩問題，使發電機組以低于同步頻率的振蕩頻率 運行，嚴重影響電力系統的安全性，因此電廠使用了很多抑制次同步振蕩的裝置。
[0031] 本實施方式的目的在于通過產生次諧波電流來抑制次同步振蕩，給出了一種次諧 波無功發生裝置1，如圖1所示，其設置在發電機組與電網之間，包括控制單元10和閥組單 元20,其中：所述控制單元10,用于獲得發電機組的轉速偏差信號，并根據該轉速偏差信號 確定抑制次同步振蕩所需的次諧波電流，再基于dq變換對電網電壓和所需的次諧波電流 依次進行有功_無功解耦和脈寬調制，并用調制后的信號驅動所述閥組單元，以使所述閥 組單元發出的次諧波電流均為無功；所述閥組單元20,用于在所述控制單元的驅動下發出 次諧波電流，并將發出的次諧波電流以無功的形式注入電網。
[0032] 如圖2所示，所述控制單元為柜式結構的控制單元10,可以包括：工控機101，用 于實現界面顯示和操作；系統控制模塊102,其與所述工控機11通訊，用于根據轉速偏差信 號計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101通 訊，并位于所述系統控制模塊的下游，用于基于dq變換對電網電壓和所需的次諧波電流依 次進行有功-無功解耦和調制，并用調制后的信號驅動閥組單元，以使所述閥組單元發出 的次諧波電流均為無功。此外，根據現場情況，所述控制單元10還可配置交換機，其配合所 述工控機使用，使工控機的應用范圍更廣。
[0033] 所述系統控制模塊主要是完成操作邏輯、信號測量、系統控制（功率因數補償、抑 制振蕩控制）等。本領域所公知的是發電機組的轉速變化與次同步振蕩密切相關，因此根 據轉速偏差信號計算抑制次同步振蕩所需的次諧波電流的算法在本領域有很多，一般是采 用將轉速偏差信號進行模態濾波，提取出后關注的次諧波電流相關的模態分量，再對該模 態分量進行鎖相、比例放大、移相及運算，得到所需次諧波電流的幅值和相位，再結合發電 機組的軸系扭振頻率，計算出對應的次諧波電流。
[0034] 所述裝置控制模塊103具備dq解耦控制功能，本實施方式中所述裝置控制模塊的 結構優選為圖3所示的結構，其包括：鎖相環模塊1031，用于對電網電壓進行跟蹤和鎖相； 電壓環模塊1032,用于計算閥組單元的直流側電壓參考值和直流側電壓反饋值的偏差信 號，并對該偏差信號進行PI調節和相位變換，輸出有功分量< ;兩個Park變換模塊1033， 其中一個位于所述鎖相環131模塊的下游，用于對電網電壓進行dq變換，得到電網電壓的 有功分量和，另一個用于對所需的次諧波電流進行dq變換，得到所需的次諧波電 流的有功分量/；T;和無功分量;有功-無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功分量進行解耦，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<)變換得到三相調制信號cr'校咖和桴'以 及SPWM調制模塊1036,其位于所述Park逆變換模塊1035的下游，用于對三相調制信號 「嚴％ 和進行SPWM調制，得到對應的PWM驅動信號，以驅動所述閥組單元。
[0035] 參考圖3,裝置控制模塊的功能實現主要包括如下幾個環節：
[0036] (1)鎖相環（PLL)
[0037]鎖相環用來跟蹤A、B、C相系統電壓，可得到其基波相位0，以及得到系統電 壓相位的正弦值和余弦值。
[0038] (2)電壓環
[0039] 計算直流側電壓參考值％和直流側電壓反饋值匕的偏差信號，該偏差信號經PI 調節