[发明专利]抑制扭振机端STATCOM输出电流控制方法及控制器

说明书

一种抑制扭振的机端STATCOM输出电流控制方法，包括工频电流补偿计算环节、信号量测量环节、模态电流补偿计算环节、电流控制内环环节、直流电压控制外环环节、脉冲生成环节；先计算工频电流补偿值、模态控制值、直流电流补偿值，再将三者经过电流控制内环的PIR控制器得到调制波电压参考值，最后通过脉冲生成模块生成触发脉冲，控制STATCOM中IGBT的通断，产生所需要的次同步/超同步电流，注入至发电机定子绕组，产生抑制扭振的电磁力矩。本发明还相应提出了一种抑制扭振的机端STATCOM控制器。本方案使STATCOM不仅参与工频基波无功电流调节，而且改善原有PR控制器特性，提高扭振抑制效果，易于实施。

技术领域

本发明属于电力系统电力电子装备的控制技术领域，尤其涉及一种抑制扭振的机端STATCOM输出电流控制方法及控制器。

背景技术

大容量汽轮发电机组功率送出时，如果采用点对网的长距离输电模式，为了提高输送功率，电网有时采用电容串补，有时采用高压直流输电。理论及实践表明，这类输电模式易引发电网次同步振荡及汽轮发电机组轴系扭振。当电网出现次同步振荡，在机网交互的作用下，汽轮发电机组轴系各转子包括汽机高压缸转子、中压缸转子、低压缸转子、发电机转子、励磁机转子之间可能出现相互扭转摆动的扭振现象。次同步振荡及扭振的危害很大，不仅影响电网的安全稳定，还可能造成汽轮发电机组轴系的疲劳损伤，降低机组使用寿命，严重时甚至导致大轴出现裂纹，造成巨大损失。比如20世纪70年代，因输电线路上的电容串补出现故障，美国Mohave电厂连续发生两次严重的扭振事故，并造成轴系损坏；2000年之后，我国某电厂2台机组，同样因为长时间扭振，导致发电机组的低压缸转子与发电机转子之间的联轴器出现裂纹。这些事故造成重大损失。此外，近些年电力系统振荡事件也表明，大规模风电也会引起电网次同步或超同步振荡，导致附近火电厂汽轮发电机组的扭振。

为保障汽轮发电机组的安全运行，对存在次同步振荡及扭振风险的电厂，有多种技术手段实现扭振抑制。比如：

(1)采用静态阻塞滤波器(Static Block Filter,SBF)，该方法是在主变压器中性点侧串接由电抗器、电容器构成的无源滤波回路，阻塞特定的次同步谐波；

(2)采用附加励磁阻尼控制(SEDC)，该方法向发电机励磁绕组中注入特定的次同步模态电流，使发电机产生抵消扭振的电磁扭矩；

(3)采用静止无功补偿器(SVC)，该方法在主变压器高压侧或者在主变压器低压侧即在发电机机端安装了基于晶闸管控制的电抗器TCR，通过控制晶闸管开通与关断，向发电机定子绕组中注入特定的次同步/超同步模态电流，产生抵消扭振的电磁扭矩；

(4)采用静止同步补偿器(STATCOM)，该方法在发电机厂用变压器低压侧，或者在厂变高压侧即在发电机机端，或者在主变压器高压侧安装STATCOM，通过控制STATCOM中IGBT的通断，向发电机定子绕组中注入特定的次同步/超同步模态电流，产生抵消扭振的电磁扭矩。

上述几种方法有各自的优缺点，其中方法(4)简称为“机端STATCOM”，该方法使用全控型功率器件IGBT，控制上比SVC方案更加灵活，且额定容量可以根据工程需要设计，不像SEDC方案会受励磁系统容量的限制，也不像SBF方案那样造价很高，因此受到重视。

当前用于扭振抑制的机端STATCOM，仅对特定的次同步/超同步模态电流输出进行控制，其基本方法是通过转速传感器测量发电机组大轴的转速ω，经过多模态滤波处理，并对各个模态分量的幅度、相位进行调节，得到综合的电流控制信号，再通过电流闭环控制得到脉宽调制(PWM)，控制STATCOM输出所需的次同步/超同步模态电流。由于当前用于扭振抑制的机端STATCOM不考虑工频基波无功电流调节，只考虑对机组轴系危害最大的特定的固有扭振模态频率的抑制。因此，当电网系统没有发生次同步/超同步振荡，而是发生低频振荡等扰动情况时，该方法的STATCOM处于近似空载运行状态，不参与工频基波无功电流调节，没有发挥出STATCOM提高电网稳定的潜在能力和电网抗扰动能力。减轻扰动，可以一定程度缓解汽轮发电机组的扭振。