储能型静止同步补偿装置及直流输电换相失败抑制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种储能型静止同步补偿装置及特高压直流输电换相失败抑制方法，所述大容量储能型静止同步补偿装置由多台储能型静止同步补偿器并联组成，所述储能型静止同步补偿器(1)包括储能单元、DC/DC变换器、电容器和电压源变换器。该储能型静止同步补偿器经变压器接入特高压直流输电系统受端换流站的交流母线。电感串联在所述储能型静止同步补偿装置与受端换流站的交流母线上，所述大容量储能型静止同步补偿装置以电压源模式运行，可为受端换流站提供足够的受端交流母线电压支撑，保证正常换相，从而抑制因受端交流电网故障引起的换相失败，防止换相失败对特高压直流输电系统造成的连锁故障。

【技术实现步骤摘要】
储能型静止同步补偿装置及直流输电换相失败抑制方法
本专利技术涉及特高直流输电领域，特别是一种储能型静止同步补偿装置及特高压直流输电换相失败抑制方法。
技术介绍
换相失败作为直流输电系统最为典型的系统故障，成为特高压直流输电系统发展所面对的重大难题之一。在输电系统逆变侧，交流母线电压下降，谐波引起的电压波形畸变，直流电流突增，三相不对称故障引起的换相电压过零点偏移都可能引发换相失败。换相失败会导致直流电压下降、直流电流短时增大、波形畸变等不利因素，影响系统的稳定运行。连续的换相失败容易引起直流系统的降额运行、直流偏磁、继电保护装置误动、过电压，甚至引发阀组闭锁或极闭锁，导致直流功率传输中断，严重威胁电网的安全稳定运行，同时也给交直流混合电网的控制和保护带来诸多挑战。在导致HVDC换相失败诸多因素中，交流电网故障引起电压下降是最常见的因素之一。目前，在受端换流站安装无功补偿装置是提高电压稳定性、抑制HVDC系统换向失败的最有效方式。增加无功补偿装置，相当于增大受端交流系统的有效短路比，减小系统的等值电抗，因而减小换相时间，增大关断余裕角，避免换相失败的发生。目前，适用于HVDC系统换相失败抑制的常用无功补偿装置主要包括同步调相机(SC)、并联电容器、静止无功补偿器(SVC)以及静止同步补偿器(STATCOM)等几种形式。同步调相机是HVDC中解决无功支撑能力不足的主要手段，SC在过励磁运行时，相当于系统的无功电源，向系统输出无功，使并网点母线电压升高；在欠励磁运行时，相当于感性负载，从系统吸收无功，使并网点母线电压降低。同步调相机的短时过载能力强，输出无功响应时间最快可达20ms，但由于它属于旋转机械，运行维护复杂，同时HVDC系统仍存在换相失败的可能性。静止同步补偿器SVC输出无功可调，损耗小、维护简单、可靠性高，在电网中获得了大量应用，但其存在动态响应速度相对较慢、输出无功受电网电压波动影响大、易导致大量的谐波污染等不足，导致SVC在HVDC系统换相失败抑制领域应用较少。静止同步补偿器(STATCOM)的响应速度快、运行范围宽、装置体积小、易维护，能够快速有效地改善接入点的电压质量，因而对换相失败的抑制效果更为显著。STATCOM在应用于HVDC系统换相失败抑制时通常需要较大的无功出力，需要其直流侧电容取值较大，而较大的直流侧电容值将影响STATCOM的动态跟踪性能；若STATCOM直流侧电容取值较小，过大的无功出力会导致直流侧电压波动的幅度过大，从而使得无功输出中含有大量的谐波，影响输出电流质量，此外谐波的增大必然会导致STATCOM有功损耗的增大，进而会削弱其无功补偿能力。因此STATCOM存在输出电压电流质量受直流侧电容值影响大、无功输出容量受电网电压波动影响大、仅补偿无功功率导致电网电压稳定效果不理想等不足，极大地限制了其在HVDC系统换相失败抑制领域的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种储能型静止同步补偿装置及特高压直流输电换相失败抑制方法，可为特高压直流输电受端换流站提供足够的母线电压支撑，以保证正常换相，从而抑制受端电网故障引起的换相失败的发生，防止换相失败对系统造成的连锁故障。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于抑制换相失败的储能型静止同步补偿装置，包括储能型静止同步补偿器和电感；所述储能型静止同步补偿器包括储能单元，DC/DC变换器、直流电容器、三相桥式电压源型变换器和交流变压器；所述储能单元两端与DC/DC变换器相连，所述DC/DC变换器两端与直流电容器相连，所述直流电容器两端与三相桥式电压源型变换器并联，所述三相桥式电压源型变换器经交流变压器升压后并联接入受端交流母线中，所述电感串联在所述储能型静止同步补偿装置与受端换流站的交流母线上。受端电网正常运行时，所述储能单元进行储能并对受端电网提供电压支撑，并参与电网的调峰调度；当受端电网故障时，串联在受端交流母线的电感承受大容量储能型静止同步补偿装置输出电压与受端电网电压的电压差，所述大容量储能型静止同步补偿装置运行于电压源模式，并为受端换流站提供足够的受端交流母线电压，以保证正常换相。所述三相桥式电压源型变换器采用虚拟同步机控制；所述直流电容器电压的稳定由所述储能单元控制，通过控制三相桥式电压源型变换器的输出功率，实现对所述储能单元的充放电控制。所述三相桥式电压源型变换器的具体控制过程为：采集虚拟同步机VSG的输出电压和电流vabc、iabc，经两相静止坐标变换后计算瞬时功率有功功率Pe和无功功率Qe，所得瞬时有功功率Pe输入有功控制模块，所得瞬时无功功率Qe输入无功控制模块；其中，有功控制模块的控制方法为：根据所得瞬时有功功率Pe计算实时电磁转矩Te，与设定电磁转矩Tset作差并再加上角频率调节分量得到转矩误差调节信号，进一步计算出角频率信号ωv，经过积分环节(1/s)得到实时相位控制信号θ；无功控制模块的控制方法为：根据实时输出电压和额定电压计算实时无功参考指令Qset，与瞬时无功功率Qe作差得到无功误差调节信号，经过积分环节得到实时输出电压指令Em；根据实时输出电压指令Em和有功控制模块提供的实时相位信号指令θ，得出虚拟同步机的三相调制波信号，进而控制三相桥式电压源型变换器中开关器件的关断和导通。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术所采用的大容量储能型静止同步补偿装置，在受端交流电网故障时对电网电压提供最大的支撑，防止特高压直流输电系统的换相失败。交流电网正常运行时，系统主要用于电网的削峰填谷、负载均衡、调频调压等，提升电网的安全可靠性。将储能技术与虚拟同步机技术相结合，对于抑制换相失败和改善交直流混合电网的安全可靠运行具有重要意义。附图说明图1为本专利技术一实施例的系统结构图；图2为本专利技术一实施例的电压源型变换器的结构图；图3为本专利技术一实施例的DC/DC变换器结构图；图4为本专利技术一实施例的电压源型变换器的控制策略框图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。请参见图1，大容量储能型静止同步补偿装置包括储能型静止同步补偿器和电感。所述储能型静止同步补偿器包括储能单元，DC/DC变换器、直流电容器、三相桥式电压源型变换器和交流变压器。如图1所示，所述储能单元两端与DC/DC变换器相连，所述DC/DC变换器两端与直流电容器相连，所述直流电容器两端与三相桥式电压源型变换器并联，所述三相桥式电压源型变换器经变压器升压并联接入受端交流母线中，所述电感串联在所述储能型静止同步补偿装置与受端换流站的交流母线。参见图2，采用IGBT作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图2所示，其输出端经LC滤波器后与升压变压器相连，并将升压变压器的高压侧与受端电网并联。参见图3，所述DC/DC变换器的拓扑结构为buck/boost型电路，根据检测三相电压源型变换器直流电容器电压的高低切换变换器的工作模式。当直流电容电压高于额定电容电压时，所述DC/DC变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能型静止同步补偿装置，其特征在于，包括储能型静止同步补偿器和电感；所述储能型静止同步补偿器包括储能单元，DC/DC变换器、直流电容器、三相桥式电压源型变换器和交流变压器；所述储能单元两端与DC/DC变换器相连，所述DC/DC变换器两端与直流电容器相连，所述直流电容器两端与三相桥式电压源型变换器并联，所述三相桥式电压源型变换器经交流变压器升压后并联接入受端交流母线中，所述电感串联在所述储能型静止同步补偿装置与受端换流站的交流母线上。

【技术特征摘要】
1.一种储能型静止同步补偿装置，其特征在于，包括储能型静止同步补偿器和电感；所述储能型静止同步补偿器包括储能单元，DC/DC变换器、直流电容器、三相桥式电压源型变换器和交流变压器；所述储能单元两端与DC/DC变换器相连，所述DC/DC变换器两端与直流电容器相连，所述直流电容器两端与三相桥式电压源型变换器并联，所述三相桥式电压源型变换器经交流变压器升压后并联接入受端交流母线中，所述电感串联在所述储能型静止同步补偿装置与受端换流站的交流母线上。2.一种权利要求1所述储能型静止同步补偿装置的直流输电换相失败抑制方法，其特征在于，受端电网正常运行时，所述储能单元进行储能并对受端电网提供电压支撑，并参与电网的调峰调度；当受端电网故障时，串联在受端交流母线的电感承受大容量储能型静止同步补偿装置输出电压与受端电网电压的电压差，所述大容量储能型静止同步补偿装置运行于电压源模式，并为受端换流站提供足够的受端交流母线电压，以保证正常换相。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三相桥式电压源型变换器采用虚拟同步机控制；所述直...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，洪乐荣，周小平，刘一峰，夏海涛，朱仁龙，姜劲松，王霞，谭文娟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43