浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法技术

本发明专利技术涉及一种浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法，首次提出用谐波作用系数HIC量化表征黑启动系统电源的短路容量和SFC输出功率对谐波的影响；采用拟合公式对总谐波畸变率THD与黑启动系统谐波作用系数HIC之间的关系进行了描述，该拟合公式可以快速计算总谐波畸变率，计算工作量小，且所需数据易于收集，快速简便；使用通过调整升速曲线来优化黑启动方案的方法，具体做法为降低角加速度，使SFC输出的有功功率最大值降低，从而减小谐波作用系数和总谐波畸变率，这有利于黑启动方案的可行性，此优化调整过程依据计算公式进行，应用方便，且调整升速曲线相比于配置谐波抑制措施成本更低。波抑制措施成本更低。波抑制措施成本更低。

【技术实现步骤摘要】
浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法


[0001]本专利技术涉及一种电能质量技术，特别涉及一种浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法。

技术介绍

[0002]与国内大部分地区不同，在某些海岛及一些类似的地区，由于电网系统不完善，用电负荷较为分散，海上浮式电站成为这些地区兼顾经济性和用电需求的供电方式。国产首个容量达240MW的浮式电站项目包括两台燃气轮机、一台汽轮机及与它们配套的发电机，还有供给燃料的液化天然气船等。由于海上浮式电站属于孤立电力系统，这意味着浮式电站需要进行黑启动(不依赖别的网络帮助而自行启动)。浮式电站黑启动是通过静止变频器对燃气轮机进行启动，由于静止变频器(SFC)在变频启动过程中会产生大量谐波，谐波污染会对浮式电站设备及系统的安全运行带来不利影响，因此要对浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波水平进行评估。
[0003]目前谐波评估的常用方法是，在仿真平台上建立模型，仿真计算变频启动系统参数对谐波的影响，并评估谐波水平是否符合要求。由于百兆瓦级浮式电站是新发展的工程项目，对于其黑启动谐波的研究鲜有文献报道。黑启动系统短路容量小，谐波的影响更为严重，对于浮式电站黑启动过程中产生的谐波与其影响因素之间的关系，目前还缺少量化理论研究。

技术实现思路

[0004]针对浮式电站黑启动过程中产生的谐波问题，提出了一种浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法，对浮式电站黑启动系统谐波水平使用谐波作用系数进行表征，使用拟合公式，由谐波作用系数快速估算总谐波畸变率，快速评估浮式电站黑启动系统的谐波水平是否满足要求，同时给出了一种通过优化调整升速曲线降低总谐波畸变率的高性价比方法。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法，具体包括如下步骤：
[0006]1)针对浮式电站黑启动系统，根据发电机组转子转动惯量和预先设计的转子升速曲线，计算启动过程需要静止变频器输出的有功功率；
[0007]2)根据黑启动系统电源的短路容量和静止变频器输出有功功率的最大值，计算谐波作用系数，以表征黑启动系统电源的短路容量和SFC输出功率对谐波水平的影响；
[0008]3)根据公共连接点PCC处的总谐波畸变率与谐波作用系数之间的拟合公式，插值计算谐波作用系数对应的的总谐波畸变率；
[0009]4)评估总谐波畸变率是否满足要求：如总谐波畸变率不超过其阈值，则表明浮式电站黑启动方式下的谐波水平满足要求且升速时间在允许范围内，结束评估；如总谐波畸变率超过阈值，则表明谐波水平不满足要求，转步骤5)优化调整升速曲线；
[0010]5)优化调整升速曲线，重复步骤1)～步骤4)，如总谐波畸变率不超过其阈值，则表明浮式电站黑启动方式下的谐波水平满足要求，同时如果升速时间在允许范围内，则结束评估；如升速时间接近允许值上限，仍不能满足谐波要求，表明优化调整升速曲线不能完全解决谐波问题，需要增配谐波抑制措施，然后再进行步骤1)～步骤5)的评估。
[0011]进一步，所述谐波作用系数计算公式是：其中静止变频器输出有功功率的最大值P
max
＝max(P
SFC
(kT))，P
SFC
(kT)为静止变频器输出的有功功率，k＝1，2，3，
…
，表示采样点，T为采样周期；S
sc
为黑启动系统电源的短路容量。
[0012]进一步，所述总谐波畸变率THD与谐波作用系数HIC之间的拟合公式为：THD＝a
·
HIC+b，其中系数a、b是由有限几次数值仿真计算结果拟合得到的。
[0013]进一步，所述优化调整升速曲线的方法是：降低角加速度，使得静止变频器输出的有功功率最大值降低，总谐波畸变率随之减小。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法，首次提出用谐波作用系数HIC量化表征黑启动系统电源的短路容量和SFC输出功率对谐波的影响，现有研究对于谐波影响因素的分析，主要是通过数值仿真的方法，还缺少快速计算和量化表征的方法；采用拟合公式对总谐波畸变率THD与黑启动系统谐波作用系数HIC之间的关系进行了描述，该拟合公式可以快速计算总谐波畸变率，现有方法对浮式电站黑启动系统中的谐波计算，往往使用详细的数值仿真，工作量大，花费时间多，本专利技术提出利用拟合关系曲线估算的处理方法，计算工作量小，且所需数据易于收集，快速简便；使用通过调整升速曲线来优化黑启动方案的方法，具体做法为降低角加速度，使SFC输出的有功功率最大值降低，从而减小谐波作用系数和总谐波畸变率，这有利于黑启动方案的可行性，此优化调整过程依据计算公式进行，应用方便，且调整升速曲线相比于配置谐波抑制措施成本更低。
附图说明
[0015]图1为本专利技术浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法流程图；
[0016]图2为本专利技术方法实施例对象浮式电站黑启动系统结构图；
[0017]图3a为本专利技术方法预先设计的转子升速曲线图；
[0018]图3b为本专利技术方法优化调整后的升速曲线图；
[0019]图4为本专利技术方法谐波作用系数与谐波畸变率关系曲线。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]本实施例以某240MW浮式电站黑启动过程为例，对公共连接点PCC处的电压谐波进行快速评估，其流程图如图1所示，通过以下步骤实现：
[0022]步骤1：针对浮式电站黑启动系统，根据发电机组转子转动惯量和预先设计的转子升速曲线，计算启动过程需要静止变频器SFC输出的有功功率。
[0023]所述浮式电站黑启动系统由依次连接的启动电源、换流变压器、静止变频器及燃气轮机发电机组构成，如图2所示。静止变频器利用开关管将工频交流电输入变成连续可调的频率幅值可控的交流电压，再将其注入到发电机的定子，让发电机在启动阶段以电动机的形式转动，并加速至自持转速(后续仅由燃机机械驱动力矩驱动加速及发出电功率)。
[0024]所述静止变频器输出的有功功率P
SFC
(kT)的计算公式是：
[0025][0026]式中，ω(kT)为对发电机组升速曲线采样的角速度，k＝1，2，3，
…
，表示采样点，T为采样周期，J为发电机组转子转动惯量，T
m
(ω)和T
f
(ω)是燃机机械驱动力矩特性曲线和阻力矩特性曲线，二者都是角速度ω的函数。
[0027]本实施例中，静止变频器SFC额定容量为3.0MW，发电机组转子转动惯量J＝3265kg.m2，预先设计的转子升速曲线如图3a所示，升速时间为110s，燃机机械驱动力矩特性曲线和阻力矩特性曲线均为已知。
[0028]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮式电站黑启动方式下静止变频器谐波的快速评估方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)针对浮式电站黑启动系统，根据发电机组转子转动惯量和预先设计的转子升速曲线，计算启动过程需要静止变频器输出的有功功率；2)根据黑启动系统电源的短路容量和静止变频器输出有功功率的最大值，计算谐波作用系数，以表征黑启动系统电源的短路容量和SFC输出功率对谐波水平的影响；3)根据公共连接点PCC处的总谐波畸变率与谐波作用系数之间的拟合公式，插值计算谐波作用系数对应的的总谐波畸变率；4)评估总谐波畸变率是否满足要求：如总谐波畸变率不超过其阈值，则表明浮式电站黑启动方式下的谐波水平满足要求且升速时间在允许范围内，结束评估；如总谐波畸变率超过阈值，则表明谐波水平不满足要求，转步骤5)优化调整升速曲线；5)优化调整升速曲线，重复步骤1)～步骤4)，如总谐波畸变率不超过其阈值，则表明浮式电站黑启动方式下的谐波水平满足要求，同时如果升速时间在允许范围内，则结束评估；如升速时间接近允许值上限，仍不能满足谐波要求，表明优化调整升速曲线不能完全解决谐波问题，需要增配谐波抑...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵正宇，熊江跃，章晨翔，王西田，刘仲康，
申请(专利权)人：上海电气电站设备有限公司，
类型：发明
国别省市：