專利名稱：用于阻抗阻尼功率振蕩的串聯補償器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于阻尼電力系統(tǒng)中功率振蕩的裝置，特別涉及一種可以在傳輸線內插入有功和無功阻抗以便阻尼功率振蕩的串聯補償器。
由于干擾，例如傳輸線故障，線路和負載的變化、設備故障以及其它引起系統(tǒng)快速變化的事件，在電力系統(tǒng)中經常發(fā)生功率振蕩。這種功率振蕩具有限制系統(tǒng)的最大傳輸功率的不希望的效果。專利號為5,198,746的美國專利披露了一種串聯補償器，它注入一個可控的60Hz的和傳輸線電流正交的電壓。這一可變電壓具有和通過利用與線路串聯的可變電容或電感而獲得的相同的補償效果。通過合適地調制由與線路串聯的補償器注入的有效的60Hz無功阻抗實現功率振蕩的阻尼。這就是說，當由于在線路“發(fā)送端”的發(fā)電機加速以及相繼的傳輸角的增加而使線路中的功率增加時，通過增加插入的滯后線路電流90電角度的60Hz的電壓的幅值，使補償器的容性阻抗增加，從而增加串聯補償的程度，借以增加可傳輸的功率。相反，當由于“發(fā)送端”發(fā)電機減速并相繼減少傳輸角時，使插入的電壓超前線電流，以便在效果上產生一個感性輸出阻抗借以增加傳輸線的總的感性阻抗。
專利號為5,198,746的美國專利用dc-ac轉換器產生正交電壓。逆變器的ac端通過耦合變壓器和傳輸線串聯，跨接在dc端的電容器為變換器提供dc輸入電壓。固為該變換器在理論上只和傳輸線交換無功功率，在電容器上沒有功率消耗。不過實際上在逆變器的開關電路中具有損耗。用于補償這些損耗的有功功率借助于產生略小于90°的相角的補償電壓提供。
專利號為5,343,139的美國專利披露了一種綜合的功率流控制器，用于在持續(xù)的基礎上控制通過傳輸線的功率流。這種功率流控制器也利用與傳輸線電壓串聯注入電壓的dc-ac逆變器。然而，注入電壓相對于線電流的相角不限于美國專利5,198,746的補償器中規(guī)定的基本上為90°，而是可在0°和360°之間進行控制?？梢赃x擇特定的相位角和注入電壓的幅值，以便調節(jié)任何的或全部的傳輸線有效阻抗，在傳輸線兩端電壓之間的有效相位角、以及傳輸線電壓幅值。這導致調整有功和無功的線路阻抗。調整阻抗的實部分量所需的有功功率通過ac-dc變換器提供給dc-ac變換器，所述ac-dc變換器具有和輸電線路并聯的ac端以及通過包括電容器的dc線路連接于補償器變換器的dc端的dc端。這種功率流控制器的響應足夠快，使得可以提供功率流的動態(tài)控制，并且也適用于抑制在電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的振蕩。不過，這種主要為功率流的控制而設計的設備比美國專利5,198,746中所述的串聯補償器更加復雜和昂貴。
因此，需要一種改進的用于阻尼電力系統(tǒng)中的振蕩的補償器。
特別是需要一種可以提供有功功率調制和無功功率調制從而抑制電力系統(tǒng)的振蕩的改進的補償器。
這些和其它的要求被本發(fā)明滿足了。本發(fā)明提供了一種增強的裝置，用來提供串聯補償，通過和電力系統(tǒng)進行有功功率與無功功率的交換，抑制電力傳輸線中的振蕩。本發(fā)明的特定的特征在于，它可以提供和傳輸線串聯的有效正的有功阻抗的注入，從而在發(fā)電機加速時，在功率振蕩期間吸收有功功率。在這些振蕩周期期間，當傳輸線上的有功功率減小時，則和傳輸線串聯插入有效的負的有功阻抗，從而向系統(tǒng)提供有功功率。有效的正有功阻抗可以用電阻提供，它被選擇地連接，用來吸收傳輸線的有功功率，而用來提供有功功率的有效的負有功阻抗可以用能量存儲裝置提供。能量存儲裝置，例如電池或超導磁體可通過吸收有功功率或通過供出有功功率而被用來提供有效的正的有功阻抗和有效的負有功阻坑。有效的正的或負的有功阻抗和無功補償一道被注入傳輸線中。開關功率變換器產生相對于傳輸線電流具有一定幅值和相位的補償電壓，該補償電壓提供所需的無功和有效的有功阻抗。這電壓通過耦合變壓器和傳輸線電壓串聯注入。
開關功率變換器產生內部需要的正負無功功率。有功功率通過和開關功率變換器的dc端相連的功率交換裝置供給與吸收。
雖然通過在傳輸線中注入正負兩種有功阻抗可以實現更精確的控制，但是不一定需要提供正負兩種有功阻抗。按照本發(fā)明不一定需要在傳輸線中注入正負兩種有功阻抗是有利的，因為提供正有功阻抗比提供負有功阻抗容易且成本低。
特別是，本發(fā)明提供一種具有增強能力的用來提供串聯線路補償的裝置，用來抑制在一個選擇的傳輸線電壓和基波頻率下輸送ac電流的電力傳輸線中的振蕩，所述裝置包括補償裝置，和所述輸電線串聯連接，用于向所述輸電線在所述基波頻率下以可控的幅值和相對于所述輸電線的所述ac電流的可控的相位注入補償電壓；功率交換裝置，它只通過所述補償裝置和所述輸電線選擇地連接；以及控制裝置，用于控制所述補償電壓的可控的幅值和相角，從而在所述輸電線中插入選擇的無功阻抗和有效的有功阻抗，以便抑制所述振蕩，并使所述功率交換裝置和所述補償裝置選擇地相連，從而使所述補償裝置能夠提供所述有效的有功阻抗。
通過結合附圖閱讀以下的最佳實施例的說明可以充分地理解本發(fā)明，其中

圖1是簡單的電力系統(tǒng)的示意圖。
圖2是關于圖1所示的電力系統(tǒng)傳輸的電功率對于傳輸角的曲線。
圖3A是包括本發(fā)明的圖1的電力系統(tǒng)的部分示意圖。
圖3B是按照本發(fā)明在圖1所示的電力系統(tǒng)中注入的補償電壓的相量圖。
圖4A-4D是說明用于理解本發(fā)明的操作的波形圖。
圖5是按照本發(fā)明的一個實施例用于圖1所示的電力系統(tǒng)的串聯補償器的原理圖。
此外，還可以從通式VI的化合物得到式IV的非對映體混合物，
式中基團R1代表在肽化學中常規(guī)用的氨基保護基團，例如甲?；?，叔丁氧基羰基，苯氧乙酰基，苯乙?；┍豸驶?，芐氧基羰基和4-硝基苯氧基羰基等基團。
保護基團的裂解是用已知的方法進行，因此甲?；褪宥⊙趸驶缈梢杂盟崃呀獾?，苯氧乙酰基和苯乙?；梢岳缬梦迓然谆蛘哂们嗝顾仵；该附怆x去，烯丙氧基羰基可以用Pd〔P(C6H5)3〕4使之裂解，芐氧基羰基和4-硝基苯氧羰基可以通過氫解除去。
在用五氯化磷裂解苯氧乙?；捅揭阴；鶗r，迅速地處理后會得到濃集形式的極性強的差向異構體的鹽酸鹽，甚至不必加入氯化氫。在處理完畢后未除去的磷酸酯氯化物慢慢地釋放出氯化氫，這作為氯化氫的來源。
從化合物VI起始，還可以先分離該非對映體然后裂解掉保護基團來得到式V的純凈的非對映體化合物。非對映體的分離可以用結晶法于機械控制的性質以及和旋轉系統(tǒng)有關的大的慣性，機械輸入功率Pm只能很慢地變化。因此，在傳輸線故障的情況下，或在電力系統(tǒng)1的其它干擾下，發(fā)電機3接收的機械輸入功率大于由故障的傳輸系統(tǒng)可以傳輸的電功率。結果，發(fā)電機3開始加速，使傳輸角大于穩(wěn)態(tài)的傳輸角δo。當然加速的過程意味著過量的機械能由渦輪發(fā)電機組的旋轉慣性存儲起來。為了在故障排除之后重新建立穩(wěn)態(tài)平衡，所存儲的能量必須從旋轉的機械系統(tǒng)吸收。根據整個機電系統(tǒng)的總Q(品質)因數，這過剩能量的吸收可能占用若干振蕩周期，在此期間傳輸系統(tǒng)中的電功率可能出現大的波動。在某些情況下，當整個系統(tǒng)具有負阻尼時，振蕩的幅值保持增大，直到系統(tǒng)保護切斷受干擾的發(fā)電機為止。
很清楚，從原理上說，振蕩能量可以用兩種方式從受影響的系統(tǒng)中被消除。其一是和發(fā)電機的加速與減速同步地增加與減少傳輸功率，因而使電功率同步地發(fā)出正負擺動。另一種方法是當發(fā)電機加速時直接從傳輸系統(tǒng)中減去過剩能量，而在發(fā)電機減速的間隔內則消耗所述過剩能量或使其從暫時存儲裝置返回系統(tǒng)。
美國專利5,198,746提出了一種用于實現第一個措施的新方法。即串聯補償器被控制，借以在發(fā)電機加速期間減少傳輸線阻抗，增加傳輸功率，以及在減速期間增加傳輸線阻抗，借以減少傳輸功率。這通過在傳輸線中注入基波頻率(60Hz)的并和流過傳輸線的電流正交的電壓來實現。對于容性阻抗，注入的電壓滯后于電流90°，對于感性阻抗則超前90°。顯然，在5,198,746號專利中披露的功率振蕩抑制方法基于串聯補償器的輸出的一維調制。即注入的電壓基本上和線電流保持正交，從而使得串聯補償器和ac系統(tǒng)之間的功率交換基本上是無功的。
本發(fā)明基于串聯補償器輸出的二維調制。即注入的基波(60Hz)電壓和傳輸線電流之間的相角被這樣選擇，使得在串聯補償器和ac系統(tǒng)之間強制進行無功和有功功率的交換。這用圖3A和圖3B進行說明。如圖3A所示，串聯補償器11通過耦合變壓器12在傳輸線5中和線電壓Vl串聯注入補償電壓Vc。圖3B是相量圖，表示注入電壓Vc、線電流IL和系統(tǒng)電壓Vsys相量?？梢钥闯?，注入電壓Vc具有和線電流正交的一個分量Vci和與線電流IL同相的另一個分量Vcr。正交電壓分量Vci表示串聯補償器按照5,198,746號專利披露的方法提供用于補償無功線路阻抗的有效無功阻抗。電壓Vcr的有功分量表示和線路串聯的有效正有功阻抗(電阻)或有效負有功阻抗(電源)。
注入的無功阻抗或注入的有功阻抗隨傳輸角的改變而改變，這對實現功率振蕩阻尼是有效的。用無功阻抗注入進行抑制振蕩的機理在5,198,746號的美國專利中說明了，在此將其列為參考?？梢岳斫猓ビ蔁o功串聯補償提供的增加的功率傳輸之外，通過在發(fā)送端發(fā)電機3由于過剩的機械功率而加速時的時刻在線路中注入有功正阻抗(電阻)，使過剩的有功功率部分被消耗，借以幫助建立機械輸入功率和為穩(wěn)定的系統(tǒng)操作所需的電輸出功率之間的平衡。類似地，當發(fā)送端發(fā)電機不能滿足暫時的電功率要求而減速時，注入有功負阻抗(實際上是有功電源)將顯然可以解除發(fā)電機的一部分負擔從而幫助系統(tǒng)穩(wěn)定。
總體說來，由本發(fā)明提供的整個方法是通過同時注入和線路串聯的無功與有功阻抗，從而高效率地抑制功率振蕩。無功和有功阻抗按照傳輸角(因而是相應的功率)的變化被控制?？刂茻o功阻抗，從而當發(fā)電機加速時增加傳輸的電功率，而當發(fā)電機減速時，減少傳輸的電功率。當發(fā)電機加速時，控制有功阻抗使其為正，從而消耗有功功率，而當發(fā)電機減速時，控制有功阻抗為負，從而產生有功功率。
圖4A-D說明所提出的用于抑制電力系統(tǒng)中功率振蕩的方法，其中分別表示傳輸角δ，傳輸的電功率P，以及串聯補償器的無功阻抗Xc和有功阻抗Rc隨時間變化的曲線，它們分別在其最大有效容抗和最大有效感抗之間以及最大有效正、負有功阻抗值之間進行控制。傳輸相角和傳輸功率曲線中的虛線表示未阻尼的振蕩狀態(tài)。而實線說明按照本發(fā)明的阻尼效果。應當說明，在最大的正值和最大的負值之間有功(或無功)輸出的改變對于實現有效的阻尼并不是必須要求的。例如，即使插入的有功或無功阻抗在零和正的或負的最大值之間改變也可以實現有效的抑制。正如將要討論的，這是一個重要的實際問題。因為要實現一種除去能注入容性或感性無功阻抗還能注入有效正有功阻抗的串聯補償器是相對簡單和廉價的，而要實現一種還可以注入有效負有功阻抗的串聯補償器則相當復雜和昂貴。只提供有效的正有功阻抗的后一種情況用圖4D說明，其中有效負有功阻抗用虛線表示。
如前所述，本發(fā)明的串聯補償器能夠同時注入和線路串聯的有效無功和有效有功阻抗，這些有效阻抗的大小在串聯補償器的VA定額內是可以獨立地控制的。這一靈活性使得串聯補償器在不同的系統(tǒng)條件下可以選擇不同的操作方式。因而，可以實現各種控制策略以滿足特定系統(tǒng)要求。在最佳運行方案中，所提出的串聯補償器用來提供無功線路補償，其主要作用是實現穩(wěn)態(tài)線路阻抗補償，并且在并聯線路的情況下，實現電流均衡。不過，當遇到動態(tài)系統(tǒng)干擾時，串聯補償器也可以實現注入和線路串聯的有效有功阻抗。注入的有效有功和有效無功阻抗被這樣控制，使得在發(fā)電機的第一次以及相繼的加速周期期間使其負載增大，而在減速期間使其負載減小。這一策略除去實現所需的穩(wěn)態(tài)線路補償要求外，還可以改善瞬態(tài)(第一擺動)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性(振蕩阻尼)。
按照本發(fā)明的一種能夠產生無功和有功阻抗輸出的串聯補償器如圖5所示。串聯補償器11包括開關功率變換器，它采取作為電壓源的dc-ac逆變器13的型式，其中使用控制極關斷可控硅元件15(或其它合適的功率半導體開關)，用來產生有功與無功串聯補償所需的ac電壓Vc。逆變器13的ac端17和耦合變壓器12相連，后者又和傳輸線15串聯。為清楚起見變壓器19和傳輸線15用單線表示；不過，應當理解，它們代表三相系統(tǒng)?？刂蒲b置21通過電流互感器23和電壓互感器25分別檢測傳輸線電流和電壓(同樣指三相系統(tǒng))?？刂蒲b置21利用這些電流和電壓連同參數設置和控制輸入一起，用來產生由逆變器輸出電壓Vc代表的有功與無功阻抗的合適的瞬態(tài)值。
如前所述，逆變器13能夠在內部產生有效的正負無功阻抗。用于在傳輸線中注入有效有功阻抗所需的有功功率由功率交換裝置提供，后者采取和逆變器13的dc端相連的有功阻抗源27的形式。在圖5的實施例中，有功阻抗源27包括能量存儲裝置31和用于為能量存儲裝置提供充電放電控制的dc-dc變換器33。能量存儲裝置例如可以是電池組或超導磁體。在這種情況下，能量存儲裝置從傳輸線5通過逆變器13吸收有功功率，從而在傳輸線中插入有效的正有功阻抗，并把有功功率通過逆變器13返回傳輸線，以便提供有效的負有功阻抗。跨接在dc端29上的電容器35用于穩(wěn)定供給逆變器13的dc電壓。
本發(fā)明的另一實施例如圖6所示，其中有功阻抗源27′包括電阻負載37，它通過和慣性放電二極管41并聯的開關39選擇地跨接在逆變器13的dc端29。串聯補償器的這個實施例可以提供正負無功阻抗，但只能提供正的有功阻抗。然而，它確實比圖5的實施例廉價得多，而且和只提供無功阻抗補償的5,198,746號的美圖專利相比，仍具有相當改進的性能。
圖7所示為本發(fā)明的一般性的實施例，其中采用有功阻抗源27″形式的功率交換裝置包括可由開關45選擇地連接以便向逆變器13提供有功功率(負的有功阻抗)的電流源43和由開關49選擇地連接用以從逆變器13吸收有功功率(提供正有功阻抗)的電流宿(currentsink)47。為了進行分析，耦合變壓器12用在三相傳輸線5的每相中連接的電壓源51a，b和c表示。
串聯補償器11的基本操作在功率逆變器13的合適的控制下完成，從而產生和線路串聯的注入電壓。因而，整個控制系統(tǒng)具有兩個主要功能一個叫作內部控制功能，用于對固態(tài)逆變器13進行同步和合適的控制，從而產生和線路串聯的具有合適的幅值和相對于線電流的合適的相位的所需電壓，實現所需程度的無功阻抗補償和有功阻抗插入；另一個叫作外部控制功能，用來確定為最大程度地改進瞬態(tài)穩(wěn)定和功率振蕩阻尼所需的無功與有功串聯補償(即被插入電壓具有的幅值和相位角)。
外部控制用來測量所需的系統(tǒng)變量，例如線電壓、電流和頻率或旋轉速度，并求出用于逆變器的內部控制的差值信號。關于控制無功阻抗的實際外部控制電路的操作和實現在5,198,746的美圖專利中說明了。
外部控制電路的操作通過以下簡單的法則可以擴展用于控制有效的有功阻抗插入，從而實現阻尼功率振蕩。當串聯補償器要注入容性無功阻抗以便增加傳輸功率時，補償器也注入和線路串聯的正的有功阻抗。從而從ac系統(tǒng)中吸收有功功率(這意味著從加速的發(fā)電機吸收的功率變大——由于串聯的容性補償和串聯補償器吸收附加的有功功率而使線路傳輸功率增加)。與此相反，當補償器要注入感性阻抗(無功)以便減少傳輸功率時，補償器同時注入負的有功阻抗(如果它具有能量存儲能力，如圖5所示)或注入零有功阻抗(如果它只具有轉換能量吸收裝置(電阻)如圖6所示)。
逆變器的內部控制用于響應由外部控制確定的系統(tǒng)要求，調節(jié)逆變器ac輸出電壓的幅值和相角。圖7定義了每個電變量的極性規(guī)定，供在以下所述的內部控制中參考。在圖7所示的這種簡化的表示中，忽略了系統(tǒng)功率損耗，并把逆變器13總體看成一個三相裝置，其端電壓和傳輸線串聯。用于把逆變器連接于輸電線中的電力變壓器12的漏感用與線路串聯的附加電感53a，b和c表示。
為了說明內部控制方法，首先必須確定該方法所根據的串聯補償器的數學模型。數學模型使用瞬時矢量的概念表示逆變器ac側的三相電壓和電源參數。使用這一概念，三個線電流利用具有正交分量ids和iqs的一個矢量進行瞬時地描述，根據實際的線電流，定義ids和iqs如下idsiqs=231-12-12032-32iaibic-----(3)]]>θ=tan-1(iqsids)------(4)]]>i=ids2+iqs2------(5)]]>在式3-5中，θ是電流矢量相對于坐標系統(tǒng)ds軸的相角，i是電流矢量的瞬時幅值，用同樣方式，注入的串聯電壓在(ds，qs)坐標系統(tǒng)中也用矢量表示，并進而被轉換為參考(d，q)的旋轉系統(tǒng)，其中d軸總和線電流矢量一致。電壓的這種變換定義如下edeq=23cos(θ)cos(θ-π3)cos(θ+π3)-Sinθ-Sin(θ-π3)-Sin(θ-π3)eaedec---(6)]]>在這種參考系統(tǒng)中，串聯電壓矢量的分量ed和eq分別代表由線路吸取的瞬時有功和瞬時無功功率。這些功率分別表示如下有功功率(P)=32ied------(7)]]>無功功率(Q)=32ieq------(8)]]>在圖8中，使用這些規(guī)定建立串聯補償器的方框圖(即要被控制的系統(tǒng))。在這圖中，由逆變器13產生的諧波電壓被忽略了，并假定在逆變器ac側和dc側之間在功率瞬時平衡。常數KI確定dc電容器電壓Vc和用53、55、57和59所示的逆變器的ac側上的峰值相電壓ed，eq之間的比?？刂平铅露x為逆變器電壓矢量(即注入的串聯電壓矢量)超前于線電流欠量的角度。該角度由控制系統(tǒng)設定，并可以快速地任意改變。如圖8所示，它建立了在53和57注入的電壓的瞬時值。
eq對線電流矢量的幅值i的比構成由補償器向線路提供的瞬時“感抗”，ed對i的比構成瞬時“電阻”。還假定線電流由外部因素決定，因此電流被視為系統(tǒng)的獨立的輸入。
在圖8中可以看出控制角β通過它直接影響ed，如在57和59所示，而影響在61和63由ed和線電流i確定的逆變器ac端的功率Pac。逆變器ac側功率和一個相等的dc側功率平衡，所述dc側功率在65確定一個瞬時電容充電電流i1。附加的充電電流i2由dc有功功率源/宿27提供。這些充電電流的和由電容35取得，如在67所示，從而引起dc電容電壓的變化，并因而使ed和eq相應地變化。
圖9是所提出的內部控制方法的方塊圖。外部控制69根據其對傳輸線狀態(tài)的觀察(由傳輸線電流和電壓的測量確定)和電力系統(tǒng)的情況而產生電抗指令X*和電阻指令R*。它們在71組合形成阻抗幅值指令Z*。電抗指令X*和被調節(jié)的電阻指令R1*被用于計算控制角β。阻抗幅值指令在73乘以線電流矢量的幅值i，從而得到所需的串聯電壓的幅值e*。因為dc電容電壓Vc的幅值直接地確定串聯ac電壓的幅值，所有提供反饋控制環(huán)75用以調節(jié)Vc的值。在77計算誤差信號，它是e*和Vc在79乘以常數K1之間的差，并被送到控制器81，控制器81視情況或者啟動dc功率源43或功率宿47，以便校正和所需的dc電容電壓之間的任何偏差。在圖9中，控制器81被示為一個簡單的磁滯型(開關型)，但在實際中可以使用線性控制器。
除去這個主控制作用之外，還提供有附加的控制作用，以便考慮到只有功率宿47或只有功率源45而不是兩者同時都有的情況。當直流電壓誤差信號超過設定的門限時，便在83產生一個放大的信號，在85通過除以電流被換算成阻抗。除得的商在87進行比例放大并在89和電阻指令R*相加從而形成被調節(jié)的電阻指令R1*。這確?？偰芎蛡鬏斁€交換有功功率，以便當通過dc源與/或宿不能進行調節(jié)時，調節(jié)dc電壓。實際上，這個附加作用將超過來自外部控制的電阻指令一個如此的程度，以致使得不需要比逆變器可以供出或吸收的功率更多的有功功率。
在91把角β加于線電流矢量的角θ，從而得到用于串聯電壓矢量的總角φ，它在93被用于確定逆變器13中開關15的狀態(tài)。開關狀態(tài)選擇借助于查開關狀態(tài)表來實現，開關狀態(tài)表中按順序根據串聯電壓矢量的所需角度中存儲著開關狀態(tài)，并且只根據φ進行訪問。查表的內容對于不同的逆變器結構和諧波減少方法自然是不同的，但是在所有情況下，輸入是角度(φ)，輸出是被送到控制開關元件15的控制極驅動電路的一組開關狀態(tài)。反饋信號i和θ從實際的電流測量產生。矢量鎖相環(huán)95通過一個矢量的正交分量ids和iqs計算角θ，所述的一個矢量代表通過矢量分解器97由三個相電流產生的三相電流。正交分量ids和iqs也被矢量幅值計算器99用來計算電流幅值i。方塊101是一個限制器，用來在幅值i被送到驅動塊85之前使其限制為一個較低的值，從而防止塊85的輸出過大。
圖10更詳細地說明矢量分解器97、矢量鎖相環(huán)95和矢量幅值計算器99的元件。矢量分解器97通過測量的相電流ia，ib和ic在旋轉參考系統(tǒng)中產生電流矢量的實部分量ids和虛部分量iqs。這通過執(zhí)行上述式(3)來完成。矢量幅值計算器99通過執(zhí)行上述的式(5)產生一個電流矢量的幅值i。
線電流的角度θ在本發(fā)明的最佳實施例中不是通過式4的反正切計算得到的，而是通過矢量鎖相環(huán)95得到的，矢量鎖相環(huán)95精確地跟蹤用矢量分解器97提供的分量ids和iqs表示的電流矢量的角度關系。實部分量ids和103被乘以在105導出的角θ的正弦。所得的積在減法節(jié)點107從通過在109使電流的虛部分量iqs乘以在111導出的角θ的余弦的所得的積中減去。對所得之差在113進行比例積分控制，并在115被積分，從而產生角θ。
本發(fā)明提供了一種可控的串聯無功線路補償和有效的有功阻抗插入，這導致了電力系統(tǒng)中的瞬態(tài)穩(wěn)定性和振蕩阻尼的極大的改善。
雖然已對本發(fā)明的特定實施例進行了詳細說明，但是應當理解，本領域的技術人員根據所披露的全部教導可以作出對這些細節(jié)的改型和替代。因而，所披露的具體結構只是說明性的，而并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權利要求的整個寬度及其全部的等效物限定。
權利要求
1.一種用于提供串聯線路補償的裝置(11)，該裝置具有增強的能力，以便抑制在選定的傳輸線電壓和基波頻率下輸送ac電流的電力傳輸線(5)中的振蕩，所述裝置包括補償裝置(13)，它和所述傳輸線串聯，用于向所述傳輸線(5)注入具有所述基波頻率的補償電壓，所述補償電壓具有可控的幅值和相對于所述傳輸線中的所述ac電流的可控的相角；功率交換裝置(5)，它只通過所述補償裝置(13)選擇地和所述傳輸線(5)相連；以及控制裝置(21)，用于控制所述補償電壓的可控的幅值和相角，從而在所述傳輸線中插入所選的無功阻抗和有效的有功阻抗，以便抑制所述振蕩，并使所述功率交換裝置(27)選擇地和所述補償裝置(13)相連，從而使所述補償裝置(13)提供所述有效的有功阻抗。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述功率交換裝置(27)至少包括正的有功阻抗(37)。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于所述正的有功阻抗裝置(37)包括電阻裝置。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的功率交換裝置(27)包括正有功阻抗裝置和負有功阻抗裝置，并且其中所述控制裝置(21)使所述正、負有功阻抗裝置選擇地和所述補償裝置(13)相連，從而使所述補償裝置向所述傳輸線提供有效的正有功阻抗和有效的負有功阻抗。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述功率交換裝置(27)至少包括負的有功阻抗裝置。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述功率交換裝置(27)包括存儲裝置(31)，用于在所述傳輸線(5)的功率振蕩期間，當所述傳輸線(5)上的功率正向波動時，存儲由所述補償裝置(13)從所述傳輸線(5)吸取的有功功率，而當所述傳輸線(5)上的功率負波動時，通過所述補償裝置(13)把所述有功功率返回所述傳輸線(5)。
7.一種具有增強能力的用于提供串聯線路補償的裝置(11)，用于抑制在選定的電壓和基波頻率下轉送ac電流的電力傳輸線(5)中的振蕩，所述裝置包括開關功率變換裝置(13)，和所述傳輸線(5)串聯，用于向所述傳輸線(5)注入具有所述基波頻率的補償電壓，所述補償電壓具有可控的幅值和相對于所述傳輸線中的所述ac電流的可控的相角；功率交換裝置(27′)，它至少包括正有功阻抗裝置(37)；以及控制裝置(21)，用于控制所述補償電壓的可控的幅質和相角，以便在所述傳輸線(5)中插入選擇的無功阻抗和有效的有功阻抗，從而抑制所述振蕩，所述有效的有功阻抗由所述功率交換裝置(27′)提供，所述無功阻抗在所述開關功率變換裝置內被產生。
8.如權利要求7所述的裝置(11)，其特征在于所述正的有功阻抗裝置(37)包括電阻裝置。
9.如權利要求7所述的裝置(11)，其特征在于所述功率交換裝置(27′)包括正、負有功阻抗裝置(47，43)。
10.如權利要求9所述的裝置(11)，其特征在于所述控制裝置(21)使所述正、負有功阻抗裝置(47、43)交替地和所述開關功率變換裝置(13)相連。
11.如權利要求9所述的裝置(11)，其特征在于所述功率交換裝置(27′)包括存儲裝置(31)，用來在所述傳輸線(5)出現正的功率波動時，通過所述開關功率變換裝置吸收來自所述傳輸線(5)的有功功率，在所述傳輸線(5)出現負的功率波動時，通過所述開關功率交換裝置(13)向所述傳輸線(5)供給有功功率。從而提供負的有功阻抗。
12.如權利要求11所述的裝置(11)，其特征在于所述存儲裝置(31)包括電池裝置。
13.如權利要求11所述的裝置，其特征在于所述存儲裝置(31)包括超導磁體裝置。
14.一種具有增強能力的用于提供串聯線路補償的方法，用于抑制在選定的電壓和基波頻率下傳送ac電流的電力傳輸線(5)中的振蕩，所述方法包括以下步驟把所述補償裝置(13)和所述傳輸線(5)串聯，從而向所述傳輸線(5)注入具有所述基波頻率的補償電壓，所述補償電壓具有可控的幅值和相對于所述傳輸線中的所述ac電流的可控的相角；把功率交換裝置(27)只通過所述補償裝置(13)選擇地和所述傳輸線(5)相連；以及控制所述補償電壓的可控的幅值和相角，從而向所述傳輸線(5)插入選擇的無功阻抗和有效的有功阻抗，以便抑制所述振蕩，并使所述功率交換裝置(27)選擇地連接于所述補償裝置(13)，從而使所述補償裝置(13)能夠提供所述有效有功阻抗。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于所述選擇地連接所述功率交換裝置(27)的所述步驟包括只通過所述補償裝置(13)選擇地把電阻裝置(37)連接于所述傳輸線(5)的步驟。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于所述選擇地連接所述功率交換裝置(27)的步驟包括把正、負有功阻抗裝置(47，43)選擇地連接于所述補償裝置(13)，從而使所述補償裝置(13)能夠向所述傳輸線(5)提供有效的正有功阻抗和有效的負有功阻抗的步驟。
17.一種具有增強能力的用于提供串聯線路補償的方法，用于抑制在選定的電壓和基波頻率下傳送ac電流的電力傳輸線(5)中的振蕩，所述方法包括以下步驟把開關功率變換裝置(13)和所述傳輸線(5)串聯，從而向所述傳輸線(5)注入具有所述基波頻率的補償電壓，所述補償電壓具有可控的幅值和相對于所述傳輸線中的所述ac電流的可控制相角；提供包括正的有功阻抗裝置的功率交換裝置(27)；以及控制所述補償電壓的可控的幅值和相角，從而在所述傳輸線(5)中插入所選的無功阻抗和有效的有功阻抗，以便抑制所述振蕩，所述有效的有功阻抗由所述功率交換裝置(27)提供，所述無功阻抗在所述開關功率變換裝置(13)中被產生。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述提供功率交換裝置(27)的步驟包括提供能量存儲裝置(31)，并且其中所述控制步驟包括這樣控制所述補償電壓的幅值和相角，使得在所述傳輸線(5)上出現正的功率波動時，所述存儲裝置(31)通過所述開關功率變換裝置(13)吸收來自所述傳輸線(5)的有功功率，以便提供正的有功阻抗，當所述傳輸線(5)上出現負的功率波動時，所述存儲裝置(31)通過所述開關功率變換裝置(27)向所述傳輸線(5)供應有功功率，以便提供負的有功阻抗。
全文摘要
一種用于抑制電力傳輸系統(tǒng)(1)中的功率振蕩的串聯補償器(11),包括開關功率變換器(13),用于向傳輸線(5)中注入一個電壓,所述電壓具有可控制的相對于傳輸線電流的相角,從而向傳輸線提供無功補償并注入有效的有功阻抗。開關功率變換器(13)是一種dc－ac變換器,它通過其中包括的和其dc端(29)相連的功率交換裝置(27),能夠向傳輸線內注入有效的有功阻抗。其中的功率交換裝置(27′)是一個電阻裝置(37),開關功率變換器(13)在傳輸線(5)出現功率波動時能夠吸收有功功率。此外,功率交換裝置(27)是一種存儲裝置(31),例如電池組或超導磁體,在這種情況下,開關功率變換器(13)可以提供有效的正、負有功阻抗。
文檔編號H02J3/24GK1175324SQ95197548
公開日1998年3月4日 申請日期1995年12月14日 優(yōu)先權日1994年12月30日
發(fā)明者拉茲羅·吉烏吉, 克林·D·紹德爾 申請人:西屋電氣公司