[发明专利]一种应用于直流输电领域的调相机励磁系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种应用于直流输电领域的调相机励磁系统，包括电压控制环和快速无功环，所述快速无功环叠加于电压控制环输入电压给定值上，同时还公开了其控制方法；能够实现稳态工况下调相机出力越限时，快速调节调相机无功出力跟踪给定目标值，为交流系统提供足够的动态无功储备，当系统出现异常工况时，调相机励磁系统采用电压闭环控制方式进行强增励磁或强减励磁，为暂态工况下的交流系统提供紧急动态无功支撑。

技术领域

本发明属于特高压直流输电技术领域，具体涉及一种应用于直流输电领域的调相机励磁系统及其控制方法。

背景技术

随着大容量和远距离特高压直流输电技术的快速发展，电网呈现“强直弱交”的特点。直流电网输送电能时，不仅无法给系统提供无功功率和电压支撑，还需占用大量无功功率，而大规模的新能源接入直流电网，直接减少了能为系统提供无功功率和电压支撑的传统发电机组容量，导致系统动态无功储备和电压支撑不足问题日益严重。直流输电系统对电网电压要求极高，电网电压的波动可能导致换流站里的换流阀换相失败，引起直流系统的闭锁故障，进而引发有功和无功功率大幅波动，直接威胁电网安全。

针对特高压直流输电系统对无功的要求，主要通过安装无源滤波器组和电力电子无功补偿装置实现。新一代大容量调相机因其在次暂态、暂态优异的动态无功补偿性能，近年来在特高压换流站大规模投入使用。同步调相机是一种具备在次暂态、暂态和稳态范围内均可以向电网提供动态无级无功补偿的装置。同步调相机的无功输出受系统电压影响小，具有短时强励、深度进相、稳定性好、反应迅速和使用寿命长等优点。

同步调相机本质上就是空载运行的同步电动机，能快速的向系统提供或吸收大量的无功功率，根据电机学可知无功的变化主要是改变励磁装置提供的励磁电流大小实现的。励磁装置主要作用为：维持发电机或其他控制点电压在给定水平；控制并联运行机组无功功率的合理分配和提高电力系统的稳定性。尤其电网发生故障导致电压跌落时，励磁装置会进入强励状态，调相机瞬时为电网提供大量无功，支撑系统电压。

同步调相机励磁装置正常运行在电压闭环模式下，即通过电压给定控制机端电压。调相机作为特高压换流站重要的无功补偿设备，其优异性能主要体现在次暂态、暂态工况下对系统电压的快速响应能力，其稳态无功补偿能力退居次位。传统的电压闭环模式，励磁装置虽然具备快速的无功响应速度，但当同步调相机的无功出力达到限制值时，励磁装置会自动增磁或减磁，满足调相机无功出力运行在安全稳定运行范围以内，此时，调相机无功出力处于满发状态，调相机系统没有足够的动态无功储备。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种应用于直流输电领域快速恢复调相机动态无功储备的励磁系统控制方法，能够实现稳态工况下调相机出力越限时，快速调节调相机无功出力跟踪给定目标值，为交流系统提供足够的动态无功储备，当系统出现异常工况时，调相机励磁系统采用电压闭环控制方式进行强增励磁或强减励磁，为暂态工况下的交流系统提供紧急动态无功支撑。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种应用于直流输电领域的调相机励磁系统，包括电压控制环和快速无功环，所述快速无功环叠加于电压控制环输入电压给定值上。

一种应用于直流输电领域的调相机励磁系统的控制方法，具体包括以下步骤：

在调相机控制环上增设快速无功环；

当换流站交流母线电压U_H正常时，若调相机稳态无功出力在限定范围内，则不投入快速无功环，若调相机稳态无功出力不在限定范围内，则投入快速无功环；

当换流站交流母线电压U_H异常时，不投入快速无功环。