CN100392553C - 输电系统静止无功补偿器的调节方法 - Google Patents

Abstract

一种输电系统用静止无功补偿器(SVC)的调节方法。包括三大综合调节控制策略：通过对母线晶闸管控制的电抗器(TCR)触发角的控制，进行感性无功功率连续调节；通过对电力滤波器组(FC)及固定电容器组投切控制，进行容性无功功率间隔调节；对有载变压器分接开关(LTC)调节控制，进行母线电压调节。从而实现输电网动态无功和电压的综合控制，为电力系统提供大量的动态无功储备，稳定电力系统母线电压，提高输电系统的供电质量。

Description

输电系统静止无功补偿器的调节方法

技术领域

本发明涉及电力系统中静止无功补偿器(SVC)的核心技术，特别是一种输电系统静止无功补偿器的调节方法。

背景技术

输电系统静止无功补偿器的调节方法是电力系统中静止无功补偿器控制特性的核心技术，是静止无功补偿器控制系统主控制软件的编写原则。输电系统静止无功补偿器调节方法不同于一般配电系统针对单一冲击性负荷静止无功补偿器的控制调节方法，其针对的是输电系统的运行状态，主要功能不仅局限于动态无功补偿，更需要提高输电网的工作特性，其性能的好坏是保证静止无功补偿器能否维护电力系统的安全稳定运行、提高输电能力的前提。

与传统的配电系统SVC调节策略相比，输电系统静止无功补偿器的调节方法，其技术难点是如何保证电力系统的安全稳定运行，提高电力系统的稳态和暂态稳定性，同时又要做到电压和无功功率的综合，达到优化控制的目的，以最小的动态无功储备容量稳定相对较大容量电力系统的最优运行，提高电网输电容量。这一难点决定了输电网用静止无功补偿器调节方法的开发具有非常大的技术难度。

本发明是一种全新的、专用于输电系统的静止无功补偿器的控制调节方法，意图通过对晶闸管控制的电抗器(TCR)、电力滤波器组(FC)和变压器有载分接开关(LTC)等电力设备的有效控制，实现输电网动态无功和电压的综合控制，提高输电系统的动态稳定性、阻尼输电系统由于故障等引起的功率振荡，为电力系统提供大量的动态无功储备，稳定电力系统母线电压，有效增加输电能力，提高输电系统的供电质量。

本发明的输电系统用静止无功补偿器的调节方法性能优良、稳定性高、动态响应时间短、调节适应性强。

本发明很好的解决了静止无功补偿器在电力系统中应用的瓶颈问题，对于在电力系统大量推广应用SVC具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种专用于输电系统的静止无功补偿器的控制调节方法，以保证输电系统内母线电压的静态稳定和暂态稳定为最终控制目标，兼有动态补偿负荷无功功率的功能。经过静止无功补偿器的补偿，母线电压的稳态电压偏差和暂态电压波动被消除，达到母线电压和无功的综合控制。

本发明所采取的技术方案是：一种输电系统的静止无功补偿器的控制调节方法，包括三大综合调节控制策略，

一、通过对母线晶闸管控制的电抗器(TCR)触发角的控制，进行感性无功功率连续调节：TCR控制输入信号为母线三相电压信号，输出信号为三相晶闸管触发角；TCR控制采用闭环的比例积分型(PI)控制和其它控制加权综合的方式，传递函数为：

$F\left(s\right)=0.1\×(\frac{5}{1+0.03s}\×\frac{4s}{1+4s}\×\frac{1+0.01s}{1+0.5s})+0.5\×(\frac{5}{1+0.05s}\×\frac{8}{1+8s})+0.7\×(10+\frac{75}{s})$

TCR调节步骤如下：

1)以U_ref为电压参考值，即电压调节的目标值；

2)当母线电压与电压参考值存在差值，TCR按上述的传递函数进行调节，传递函数由三部分按不同的比例系数加权组成；第一部分传递函数为 $\frac{5}{1+0.03s}\×\frac{4s}{1+4s}\×\frac{1+0.01s}{1+0.5s},$ 第二部分传递函数为

第三部分传递函数为加权系数分别为0.1，0.5，0.7。

输出补偿电纳值B，B为晶闸管控制电抗器电纳值，B＝1/XL；

3)传递函数的实现过程中，电压、电纳都采用标么值进行计算，TCR控制机构为DSP调节系统，

电压基准值35kV，容量基准值100MVA。

二、通过对电力滤波器组(FC)及固定电容器组投切控制，进行容性无功功率间隔调节，

滤波器组的投切控制策略为：

1)计算每周波TCR线电流的有效值和母线电压的有效值，每4小时求出一平均值；

2)当TCR线电流平均值大于其额定值的80％且母线电压平均值不小于其额定电压值的98％时，切除一组滤波器；

3)当TCR线电流平均值小于其额定值的20％且母线电压平均值不大于其额定电压值的102％时，投入一组滤波器；

这样即保证了SVC的无功补偿功能，又可以确保TCR的动态无功储备，实现电压的暂态控制。

滤波器组及固定电容器组的控制作为TCR的辅助调节手段，以稳定母线的稳态和暂态电压。

三、对有载变压器分接开关(LTC)调节控制，进行母线电压调节：

1)计算母线每周波电压有效值，每24小时求出其平均值；

2)分接开关的目标调节位置为(电压平均值-电压参考值)/(分接开关每档电压值)并取整；

3)每48小时根据所述分接开关的目标调节位置和分接开关当前位置，发出变压器分接开关上升或下降的调节指令。

变压器有载分接开关的调节仍以稳定母线的电压为目的，其控制对象为母线电压偏差。

静止无功补偿器的电气接线为2组3次单调谐滤波器、2组5次单调谐滤波器、2组7次单调谐滤波器以及1个晶闸管控制电抗器(TCR)支路。所有SVC支路都挂接于35kV母线上，35kV母线为两台主变压器并联的三次绕组，主变压器的一次绕组为220kV输电线路的进线，主变压器的二次绕组为66kV输电线路的出线。

由于采用了上述的技术方案，本发明具有的有益效果是：大大地提高了电力系统的稳定和暂态稳定性，有效阻尼了由电力系统故障等引起的功率振荡；实现了电压和无功功率的综合优化控制，提高了电力系统的安全性和可靠性；为电力系统提供了大量的动态无功储备，对于稳定母线电压、补偿输电网的无功功率具有重要作用；有效提高了电力系统的输电容量；控制调节系统的动态响应时间达到20ms。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是静止无功补偿器的电气接线图。

图2是晶闸管控制的电抗器(TCR)自动控制传递函数框图。

具体实施方式

参见附图，静止无功补偿器的电气接线如图所示。

SVC的电气接线为2组3次单调谐滤波器、2组5次单调谐滤波器、2组7次单调谐滤波器以及1个晶闸管控制电抗器(TCR)支路。所有SVC支路都挂接于35kV母线上，35kV母线为两台主变压器并联的三次绕组，主变压器的一次绕组为220kV输电线路的进线，主变压器的二次绕组为66kV输电线路的出线。

SVC的这种接线方式使得SVC可以在相对较低的电压等级(35kV)下对更高电压等级(220kV)的整个输电网进行动态无功补偿，并能够有效调节滤波器组和变压器分接开关，使得SVC对该输电网的控制效果达到最佳，大大提高了该输电网的运行效率。这种电气接线方式不同于传统的针对配电系统的SVC，而是针对输电网的SVC电气接线，它更加有利于输电网的安全稳定运行。

静止无功补偿器的控制调节方法，包括三大综合调节控制策略：

1、通过对母线晶闸管控制的电抗器(TCR)触发角的控制，进行感性无功功率连续调节：TCR控制输入信号为母线三相电压信号，输出信号为三相晶闸管触发角；TCR控制采用闭环的比例积分型(PI)控制和其它控制加权综合的方式，传递函数为：

$F\left(s\right)=0.1\×(\frac{5}{1+0.03s}\×\frac{4s}{1+4s}\×\frac{1+0.01s}{1+0.5s})+0.5\×(\frac{5}{1+0.05s}\×\frac{8}{1+8s})+0.7\×(10+\frac{75}{s})$

TCR调节步骤如下：

a)以U_ref为电压参考值，即电压调节的目标值；

b)当母线电压与电压参考值存在差值，TCR按上式所示的传递函数进行调节，传递函数由三部分按不同的比例系数加权组成。第一部分传递函数为 $\frac{5}{1+0.03s}\×\frac{4s}{1+4s}\×\frac{1+0.01s}{1+0.5s},$ 第二部分传递函数为

第三部分传递函数为

加权系数分别为0.1，0.5，0.7。

输出补偿电纳值B，B为晶闸管控制电抗器电纳值，B＝1/XL；

C)传递函数的实现过程中，电压、电纳都采用标么值进行计算，TCR控制机构为DSP调节系统，

电压基准值35kV，容量基准值100MVA。

2、通过对电力滤波器组(FC)及固定电容器组投切控制，进行容性无功功率间隔调节。

滤波器组及固定电容器组的控制作为TCR的辅助调节手段，目的是稳定母线的稳态和暂态电压。

根据系统设计，TCR应能够达到以下要求：

a)TCR感性无功功率的调节，辅助滤波器组的投切，能够基本满足母线稳态电压的控制。TCR不同触发角与投切不同滤波器组的组合，都可以实现给定目标；

b)当TCR发出的感性无功功率处于TCR补偿容量中间时，其动态储备容量能够满足母线动态电压稳定的控制；

c)当TCR在一段时期内发出的感性无功功率平均值不在其中间的区间内，可以通过投切滤波器组达到TCR的动态储备容量，使得TCR与滤波器组达到稳定母线稳态和暂态电压的目的。

因此，滤波器组的投切控制策略为：

a)计算每周波TCR线电流的有效值和母线电压的有效值，每4小时求出一平均值；

b)当TCR线电流平均值大于其额定值的80％且母线电压平均值不小于其额定电压值的98％时，切除一组滤波器；

c)当TCR线电流平均值小于其额定值的20％且母线电压平均值不大于其额定电压值的102％时，投入一组滤波器；

这样即保证了SVC的无功补偿功能，又可以确保TCR的动态无功储备，实现电压的暂态控制。

3、对有载变压器分接开关(LTC)调节控制，进行母线电压调节：

a)计算母线每周波电压有效值，每24小时求出其平均值；

b)分接开关调节位置为(电压平均值-电压参考值)/(分接开关每档电压值)并取整；

c)每48小时根据上式计算值和分接开关实际位置，根据当前位置，发出变压器分接开关上升或下降的调节指令。

变压器有载分接开关的调节仍以稳定母线的电压为目的，其控制对象为母线电压偏差。

Claims (2)

1.一种输电系统静止无功补偿器SVC的调节方法，其特征在于：包括三大综合调节控制策略：

一、通过对母线晶闸管控制的电抗器TCR触发角的控制，进行感性无功功率连续调节：

TCR控制输入信号为母线三相电压信号，输出信号为三相晶闸管触发角；TCR控制采用闭环的比例积分型PI控制和其它控制加权综合的方式，传递函数为：

$F\left(s\right)=0.1\×(\frac{5}{1+0.03s}\×\frac{4s}{1+4s}\×\frac{1+0.01s}{1+0.5s})+0.5\×(\frac{5}{1+0.05s}\×\frac{8}{1+8s})+0.7\×(10+\frac{75}{s})$

TCR调节步骤如下：

a)以U_rof为电压参考值，即电压调节的目标值；

b)当母线电压与电压参考值存在差值，TCR按上式所示的传递函数进行调节，传递函数由三部分按不同的比例系数加权组成；第一部分传递函数为 $\frac{5}{1+0.03s}\×\frac{4s}{1+4s}\×\frac{1+0.01s}{1+0.5s},$ 第二部分传递函数为

第三部分传递函数为加权系数分别为0.1，0.5，0.7；

输出补偿电纳值B，B为晶闸管控制电抗器电纳值，B＝1/XL；

c)传递函数的实现过程中，电压、电纳都采用标么值进行计算，TCR控制机构为DSP调节系统，

电压基准值35kV，容量基准值100MVA；

二、通过对电力滤波器组FC及固定电容器组投切控制，进行容性无功功率间隔调节；滤波器组及固定电容器组的控制作为TCR的辅助调节手段，目的是稳定母线的稳态和暂态电压；

滤波器组的投切控制策略为：

a)计算每周波TCR线电流的有效值和母线电压的有效值，每4小时求出一平均值；

b)当TCR线电流平均值大于其额定值的80％且母线电压平均值不小于其额定电压值的98％时，切除一组滤波器；

c)当TCR线电流平均值小于其额定值的20％且母线电压平均值不大于其额定电压值的102％时，投入一组滤波器；

这样即保证了SVC的无功补偿功能，又可以确保TCR的动态无功储备，实现电压的暂态控制；

三、对有载变压器分接开关LTC调节控制，进行母线电压调节：

a)计算母线每周波电压有效值，每24小时求出其平均值；

b)分接开关目标调节位置为(电压平均值-电压参考值)/(分接开关每档电压值)并取整；

c)每48小时根据所述分接开关目标调节位置和分接开关的当前实际位置，发出变压器分接开关上升或下降的调节指令；

变压器有载分接开关的调节仍以稳定母线的电压为目的，其控制对象为母线电压偏差。

2.根据权利要求1所述的输电系统静止无功补偿器SVC的调节方法，其特征在于：静止无功补偿器的电气接线为2组3次单调谐滤波器、2组5次单调谐滤波器、2组7次单调谐滤波器以及1个晶闸管控制电抗器TCR支路；所有SVC支路都挂接于35kV母线上，35kV母线为两台主变压器并联的三次绕组，主变压器的一次绕组为220kV输电线路的进线，主变压器的二次绕组为66kV输电线路的出线。

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