基于SVG抑制直流系统暂态过电压控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于电力自动化技术领域，尤其涉及一种基于SVG的直流系统暂态过电压抑制方法及控制系统，系统包括：电压电流测量模块、信号计算及滤波模块、PWM控制模块、人机交互模块、开关控制模块、开关选择及驱动模块和一二次系统隔离模块。本发明专利技术基于SVG直流侧电容的工作特性，在SVG接入点母线电压有效值高于整定值时，通过减小直流侧电容的电容值或增大与串联电容的电阻值来达到快速减小SVG输出无功的目的；而在电压恢复到整定值以下后，恢复电容值或电阻值，SVG回到常规的工作状态。与常规的SVG相比具有反应快速，能抑制暂态过电压的优点，且方法简单易于实现。

【技术实现步骤摘要】
基于SVG抑制直流系统暂态过电压控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种应用于交直流输电系统的基于SVG抑制直流系统暂态过电压的控制系统及控制方法，属于电力自动化

技术介绍
我国能源与负荷分布不平衡，跨区域、远距离输电是我国资源优化配置的一项重要手段。电网换相换流器高压直流输电(linecommutatedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，LCC-HVDC)具有输送容量大、有功功率快速可控、不存在交流输电的稳定问题、可实现电网的非同步并网等优势，广泛应用于我国远距离大容量输电场合。但LCC-HVDC换流器的换流元件为无自关断能力的晶闸管，存在以下缺陷：需要依赖一定强度的交流电网实现换相，使得LCC-HVDC连接弱交流系统时存在换相失败问题；两端换流设备需要消耗大量的无功功率，需要大量无功补偿等。在LCC-HVDC系统交流母线处装设无功补偿设备，是提高系统运行特性的重要措施，可为系统提供无功支撑，提高系统的稳定性与可靠性。静止无功发生器(StaticVarGenerator，SVG)与传统的无功补偿装置相比，在抑制母线电压振荡、提高系统暂态电压稳定水平方面具有重大优势。为改善LCC-HVDC系统的运行特性，增强其抵御换相失败的能力，越来越多的SVG装置应用于LCC-HVDC系统。然而SVG在用于改善LCC-HVDC系统换流站交流电压的调控能力时也存在一些问题，尤其是在连接弱交流系统时，会造成换流站暂态过电压的情况发生：换相失败发生时，交流侧电压下降，SVG控制系统发出增发无功指令，当电压恢复正常水平，控制系统指令不能瞬时改变，SVG仍发出无功，电压继续上升，随后，控制系统发出指令，使SVG无功增发量减少直至不再增发无功，此时，交流系统无功已经过剩，出现暂态过电压现象。暂态过电压的出现不利于系统的安全稳定运行，因此，针对加装SVG的LCC-HVDC系统产生的暂态过电压制定相应的抑制措施十分必要。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种基于SVG的直流系统暂态过电压控制系统及控制方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于SVG的直流系统暂态过电压控制系统，该控制系统包括：电压电流测量模块(1)、隔离模块一(2)、霍尔无功功率变送器模块(3)、信号计算及滤波模块(4)、PWM控制模块(5)、隔离模块二(6)、人机交互模块(7)、开关控制模块(8)、隔离模块三(9)、开关选择及驱动模块(10)、开关一(11)、开关二(12)；其中，电压电流测量模块(1)同时通过隔离模块一(2)与霍尔无功功率变送器模块(3)与信号计算及滤波模块(4)相连；信号计算及滤波模块(4)、PWM控制模块(5)、隔离模块二(6)依次相连；开关控制模块(8)与信号计算及滤波模块(4)相连；人机交互模块(7)、开关控制模块(8)、隔离模块三(9)、开关选择及驱动模块(10)依次相连；开关一(11)、开关二(12)分别与开关选择及驱动模块(10)相连。所述电压电流测量模块(1)用于获取SVG接入点母线瞬时电压值和SVG与电网之间的瞬时电流值，并输送至隔离模块一(2)和霍尔无功功率变送器模块(3)；所述隔离模块一(2)用于隔离一、二次系统，将一次系统的强电压电流信号转换成二次系统的弱电压电流信号，并输送至信号计算及滤波模块(4)；所述霍尔无功功率变送器模块(3)使用电压电流测量模块(1)的测量数据求得SVG与电网之间交换的无功功率，并且同时起到隔离一、二次系统的作用；所述信号计算及滤波模块(4)采用“abc-dq”变换瞬时获得电压、电流有效值，并进一步计算电压参考值、电流参考值和无功参考值，并将所述电压参考值、电流参考值和无功参考值的计算结果在滤波过后输送至PWM控制模块(5)，将所获得的电压有效值在滤波过后输送至开关控制模块(8)；所述PWM控制模块(5)用于计算逆变桥晶闸管的触发角并生成触发脉冲，输出至隔离模块二(6)；所述隔离模块二(6)用于隔离一、二次系统，将二次系统的弱信号转换成一次系统的强信号，并输出至SVG逆变桥；所述人机交互模块(7)包括键盘、显示器和转换接口，用于进行参数设置、实时显示系统的数据和状态，实现系统与上位机的串行通信；其中所述参数设置包括将触发计数结果N手动置零、设定用于和电压有效值比较的电压阈值、设定用于和N比较的计数阈值以及人工选择动作开关，最后将以上参数设置的数据输出到开关控制模块(8)；所述开关控制模块(8)用于计算并判断系统是否满足开关一(11)与开关二(12)的动作条件，同时根据人机交互模块(7)的参数设置实现动作开关的选择，并将开关控制指令输出至隔离模块三(9)；所述隔离模块三(9)用于隔离一、二次系统，将二次系统的弱信号转换成一次系统的强信号，并输出至开关选择及驱动模块(10)；所述开关选择及驱动模块(10)根据隔离模块三(9)的输出，实现控制电阻的开关一(11)和控制电容的开关二(12)的选择和开合。优选地，所述开关控制模块(8)根据信号计算及滤波模块(4)输出的电压有效值和人工交互模块(7)输入的电压阈值、计数阈值及开关选择指令，完成对系统是否符合开关动作条件的判断和开关的选择，并通过隔离模块三(9)将控制指令输出到开关驱动模块(10),驱动开关一(11)或开关(12)。所述开关控制模块(8)包括以下器件：电压比较器：输入电压有效值和电压阈值，比较两者的大小，并将比较结果输出至触发条件计数器；触发条件计数器：接于电压比较器和触发脉冲产生器的输出端，每个脉冲周期运行一次计数或置零，将结果输出至开关触发判断器；触发脉冲产生器：用于产生一定周期的脉冲，输出至触发条件计数器；开关触发判断器：接收触发条件计数器和人工交互模块7的输出，用于判断是否符合开关动作的条件并发出控制指令；单稳输出延迟器；接收开关触发判断器的输出，经过延迟时间，将稳态输出信号输入至可重复触发的单稳态触发器。可重复触发的单稳态触发器：接收单稳态输出延迟器的输出信号，将开关控制信号输入至开关驱动模块。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种应用上述控制系统的暂态过电压的控制方法，包括以下步骤：第一步：将开关触发条件计数结果N置零；第二步：采集SVG接入点母线电压瞬时值，并采用“abc-dq”变换瞬时获得电压的有效值；第三步：判断电压有效值是否大于电压阈值；第四步：若电压有效值小于电压阈值，则把N置为0；若电压有效值大于电压阈值，则N＝N+1；第五步：将N的值与设定的计数阈值进行比较大小；第六步：若N的值大于等于计数阈值，则发出断开开关指令；若N的值小于计数阈值并且不等于0，则保持开关状态不变；若N的值等于0，则发出闭合开关指令；结束本次控制，并回到第二步。优选地，所述的电压阈值为1.2Un，其中，Un为所述控制系统的额定电压。优选地，所述的计数阈值为5。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SVG抑制直流系统暂态过电压的控制系统，其特征在于，包括：电压电流测量模块(1)、隔离模块一(2)、霍尔无功功率变送器模块(3)、信号计算及滤波模块(4)、PWM控制模块(5)、隔离模块二(6)、人机交互模块(7)、开关控制模块(8)、隔离模块三(9)、开关选择及驱动模块(10)、开关一(11)、开关二(12)；/n其中，电压电流测量模块(1)同时通过隔离模块一(2)与霍尔无功功率变送器模块(3)与信号计算及滤波模块(4)相连；信号计算及滤波模块(4)、PWM控制模块(5)、隔离模块二(6)依次相连；开关控制模块(8)与信号计算及滤波模块(4)相连；人机交互模块(7)、开关控制模块(8)、隔离模块三(9)、开关选择及驱动模块(10)依次相连；开关一(11)、开关二(12)分别与开关选择及驱动模块(10)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SVG抑制直流系统暂态过电压的控制系统，其特征在于，包括：电压电流测量模块(1)、隔离模块一(2)、霍尔无功功率变送器模块(3)、信号计算及滤波模块(4)、PWM控制模块(5)、隔离模块二(6)、人机交互模块(7)、开关控制模块(8)、隔离模块三(9)、开关选择及驱动模块(10)、开关一(11)、开关二(12)；
其中，电压电流测量模块(1)同时通过隔离模块一(2)与霍尔无功功率变送器模块(3)与信号计算及滤波模块(4)相连；信号计算及滤波模块(4)、PWM控制模块(5)、隔离模块二(6)依次相连；开关控制模块(8)与信号计算及滤波模块(4)相连；人机交互模块(7)、开关控制模块(8)、隔离模块三(9)、开关选择及驱动模块(10)依次相连；开关一(11)、开关二(12)分别与开关选择及驱动模块(10)相连。


2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电压电流测量模块(1)用于获取SVG接入点母线瞬时电压值和SVG与电网之间的瞬时电流值，并输送至隔离模块一(2)和霍尔无功功率变送器模块(3)；
所述隔离模块一(2)用于隔离一、二次系统，将一次系统的强电压电流信号转换成二次系统的弱电压电流信号，并输送至信号计算及滤波模块(4)；
所述霍尔无功功率变送器模块(3)使用电压电流测量模块(1)的测量数据求得SVG与电网之间交换的无功功率，并且同时起到隔离一、二次系统的作用；
所述信号计算及滤波模块(4)采用“abc-dq”变换瞬时获得电压、电流有效值，并进一步计算电压参考值、电流参考值和无功参考值，并将所述电压参考值、电流参考值和无功参考值的计算结果在滤波过后输送至PWM控制模块(5)，将所获得的电压有效值在滤波过后输送至开关控制模块(8)；
所述PWM控制模块(5)用于计算逆变桥晶闸管的触发角并生成触发脉冲，输出至隔离模块二(6)；
所述隔离模块二(6)用于隔离一、二次系统，将二次系统的弱信号转换成一次系统的强信号，并输出至SVG逆变桥；
所述人机交互模块(7)包括键盘、显示器和转换接口，用于进行参数设置、实时显示系统的数据和状态，实现系统与上位机的串行通信；其中所述参数设置包括将触发计数结果N手动置零、设定用于和电压有效值比较的电压阈值、设定用于和N比较的计数阈值以及人工选择动作开关，最后将以上参数设置的数据输出到开关控制模块(8)；
所述开关控制模块(8)用于计算并判断系统是否满足开关一(11)与开关二(12)的动作条件，同时根据人机交互模块(7)的参数设置实现动作开关的选择，并将开关控制指令输出至隔离模块三(9)；
所述隔离模块三(9)用于隔离一、二次系统，将二次系统的弱信号转换成一次系统的强信号，并输出至开关选择及驱动模块(10)；
所述开关选择及驱动模块(10)根据隔离模块三(9)的输出，实现控制电阻的开关一(11)和控制电容的开关二(12)的选择和开合。


3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述开关控制模块(8)根据所述信号计算及滤波模块(4)输出的电压有效值和所述人工交互模块(7)输入的电压阈值、计数阈值及开关选择指令，完成对系统是否符合开关动作条件的判断和开关的选择，并通过隔离模块三(9)将控制指令输出到开关驱动模块(10)、驱动开关一(11)或开关(12)。


4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述开关控制模块(8)包括以下器件：
电压比较器：输入电压有效值和电压阈值，比较两者的大小，并将比较结果输出至触发条件计数器；
触发条件计数器：接于电压比较器和触发脉冲产生器的输出端，每个脉冲周期运行一次计数或置零，将结果输出至开关触发判断器；
触发脉冲产生器：用于产生一定周期的脉冲，输出至触发条件计数器；
开关触发判断器：接收触发条件计数器和人工交互模块7的输出，用于判断是否符合开关动作的条件并发出控制指令；
单稳输出延迟器；接收开关触发判断器的输出，经过延迟时间，将稳态输出信号输入至可重复触发的单稳态触发器；
可重复触发的单稳态触发器：接收单稳态输出延迟器的输出信号，将开关控制信号输入至开关驱动模块。


5.根据权利要求2-4任一所述的控制系统，其特征在于，所述隔离模块一(2)包括光电耦合器TLP521-4、电阻R201、R202、R203；其中，所述光电耦合器TLP521-4的第1脚通过电阻R203与开关的一端相连，开关的另一端与电源Vcc1相接；
所述光电耦合器TLP521-4的第2脚与GND1相连；
所述光电耦合器TLP521-4的第16脚通过电阻R201与电源Vcc2相连；
所述光电耦合器TLP521-4的第15脚通过电阻R202与电源地GND2相连，该第15脚为所述隔离模块一(2)的输出端。


6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，电阻R201设为10-100欧姆，电阻R202设为100千欧姆，电阻R203设为250欧姆。


7.根据权利要求2-4任一所述的控制系统，其特征在于，所述霍尔无功功率变送器(3)中，电压输入信号经过变压器与电阻R301和电容C301构成的低通滤波器相连，低通滤波器输出端与电位器R302、电容C302以及霍尔元件串联；电流信号输入到线圈中，形成磁场注入到霍尔元件，霍尔元件的输出经过电阻R303与电阻R304、R305和电容C303、304构成的二阶滤波器串联后输出。


8.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述电压比较器包括运算放大器、不可重复触发的单稳态触发器；
所述不可重复触发的单稳态触发器由CMOS门电路G1、G2组成，其中G1为或非门，G2为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩松，王则文，许德操，赵晓君，李红霞，刘庆彪，李晖，蒋维勇，秦绪武，田旭，王菲，白左霞，彭飞，刘飞，索之闻，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网青海省电力公司，国网青海省电力公司经济技术研究院，国网经济技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11