CN102856911A - 一种动态无功补偿装置接入输电网的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态无功补偿装置的系统控制方法,属于电力系统的电网安全稳定控制技术领域。该方法根据动态无功补偿装置接入输电网的电压、电流、变电站内并联补偿设备的投切状态、以及运行人员的人工设定,快速计算动态无功装置各种功能模式的无功需求值,并决定动态无功补偿装置选取哪些功能模式的输出作为无功参考指令值。本方法具有控制结构清晰、实现简单等特点,解决了传统控制方法只提供单一控制功能的不足。本发明所涉控制方法可应用于电力系统稳定控制中,提高输电网电压稳定和动态稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态无功补偿装置接入输电网的控制方法,属于电力系统的电网稳定控制技术领域。
背景技术
动态无功补偿装置是现代电力电子技术在电力系统中的典型应用,包括以晶闸管为开关器件的静止无功补偿器(SVC)和以可关断器件(IGBT,IGCT)为开关器件的静止同步无功发生器(STATCOM),这些设备应用于输电网时,可在系统故障后动态地提供电压支撑,确保母线电压的稳定性,提高电力系统暂态稳定水平,防止因暂态电压崩溃导致的负荷损失以及大面积恶性停电事故。此外STATCOM还能实现日常自动电压调节、抑制线路低频功率振荡等功能,是电网实现可控化和智能化的主要手段之一。
近年来,国内外一些电网已开展利用大容量动态无功补偿装置提高电网电压稳定的工程实践。在接入输电网的系统控制方法方面,国内外已投运的输电网大容量动态无功补偿装置大多采用单一的控制目标,即以并网点电压作为反馈调节的目标,提供暂态电压支撑。部分文献研究了利用大容量动态无功补偿装置提高输电网抑制线路低频功率振荡能力的可行性,得到一些理论分析和仿真试验结果,但是目前还没有实际投入运行的案例。
根据动态无功补偿装置的工作原理,应用于输电网时,可以提供暂态电压支撑、日常稳态电压调节、参与自动电压控制(AVC)调节、抑制低频振荡模式。然而目前尚未有人提出将这些功能综合在一起的控制方法。
发明内容
本发明的目的是一种动态无功补偿装置接入输电网的控制方法,将动态无功补偿装置具有的暂态电压控制、稳态电压调节、参与AVC调节、抑制低频功率振荡等功能模式协调起来,根据动态无功补偿装置接入电网点的电压以及站内并联补偿设备的投切状态自动选取装置的运行模式,以充分发挥大容量动态无功补偿装置丰富灵活的控制能力,有效提高输电网的电压稳定和动态稳定水平。
本发明提出的动态无功补偿装置接入输电网的控制方法,包括以下步骤:
(1)当动态无功补偿装置的一个控制周期到来时,实时测量动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压有效值Upcc和电流有效值Ipcc;
(2)当上述控制周期到来时,检测动态无功补偿装置所在变电站内并联电容和并联电抗的开关状态;
(3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压参考值Uref,根据步骤(1)的电压测量值Upcc和电压参考值Uref,计算动态无功补偿装置暂态电压控制模式时的无功功率参考值QTVR,具体包括以下步骤:
(3-1)计算上述电压测量值Upcc和电压参考值Uref的差值ΔU,ΔU=Upcc-Uref;
(3-2)利用相位补偿传递函数:对电压差值ΔU进行相位补偿计算,得到相位补偿后的电压差信号ΔUcomp,其中s为相位补偿传递函数中的复频率算子,T1和T2分别为相位校正参数,T1=0.01秒,T2=0.03秒;
(3-3)利用比例积分传递函数:根据上述相位补偿后的电压差信号ΔUcomp计算动态无功补偿装置暂态电压控制的无功功率需求值QV,其中s为比例积分传递函数中的复频率算子,Kv为比例系数,取值为Kv=4~10,Tv为积分时间常数,Tv=0.005~0.01秒;
(3-4)设定动态无功补偿装置无功功率的限幅值Qmax1,将上述无功功率需求值QV与无功功率的限幅值Qmax1进行比较,当Qv>Qmax1时,使动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=Qmax1,当Qv<-Qmax1时,动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=-Qmax1,当-Qmax1<Qv<Qmax1时,动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=Qv;
(4)接收输电网调度中心通过网络发送的自动电压调节的无功功率需求值QRCR,将该需求值QRCR作为远方控制模式的无功功率参考值;
(5)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电压参考值Uref,计算动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率参考值QCVR,具体包括以下步骤:
(5-1)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的电压参考值的无功功率参考值Uref2,计算动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电压参考值Uref2的电压差值ΔU2,ΔU2=Upcc-Uref2,其中Uref2的取值为:若Upcc<0.95pu,则使Uref2=0.95pu,若Upcc>1.05pu,则使ef2=1.05pu,若0.95pu<Upcc<1.05pu,则使Uref2=Upcc,pu表示动态无功补偿装置接入输电网处并网点的额定电压标幺值;
(5-2)利用相位补偿传递函数:对上述电压差值ΔU2进行相位补偿计算,得到相位补偿后的电压差信号ΔUcomp2,其中s为相位补偿传递函数的复频率算子,T3和T4分别为相位校正参数,T3=0.01秒,T4=0.03秒;
(5-3)利用比例积分传递函数:根据上述相位补偿后的电压差信号ΔUcomp2,计算得到动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值QV2;其中s为比例积分传递函数中的复频率算子,Kv2为比例系数,Kv2=1~2,Tv2为积分时间常数,Tv2=0.1~0.2秒;
(5-4)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的容性无功功率限幅值QmaxC和感性无功功率限幅值QmaxL,将上述动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值QV2与QmaxC和QmaxL进行比较,若Qv2>QmaxL,则QCVR=QmaxL,若Qv2<-QmaxC,则QCVR=-QmaxC,若-QmaxC<Qv2<QmaxL,则QCVR=Qv2,其中容性无功功率限幅值QmaxC和感性无功功率限幅值QmaxL的设定方法如下:
(5-4-1)设动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电容器的单组容量为QC,动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电抗器的单组容量为QL;
(5-4-2)初始化时,设定容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值为1.05pu,下限值为0.95pu,将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值和下限值进行比较:
(5-4-2-1)若0.95pu<Upcc<1.05pu,则进行步骤(6),
(5-4-2-2)若Upcc≤0.95pu,则:
(5-4-2-2-1)使容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令;
(5-4-2-2-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令,重复步骤(5-4-2-2-1)和(5-4-2-2-2),直至变电站内所有电容器全部投入;
(5-4-2-2-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则对容性无功功率限幅值QmaxC进行判断,若QmaxC≤0.5pu,则使当前容性无功功率限幅值QmaxC在上次值的基础上增加一组电容器的容量,即,使QmaxC(本次)=QmaxC(前次)+QC,并进入步骤(5-4-2-2-4),若QmaxC>0.5pu,则使容性无功限幅值QmaxC=0.5pu,并进入步骤(6);
(5-4-2-2-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则重复步骤(5-4-2-2-3)和(5-4-2-2-4),若Upcc>0.95pu,则进入步骤(6);
(5-4-2-3)若Upcc≥1.05pu,则:
(5-4-2-3-1)使容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令;
(5-4-2-3-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令,重复步骤(5-4-2-3-1)和(5-4-2-3-2),直至变电站内所有电抗器全部投入;
(5-4-2-3-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则对容性无功功率限幅值QmaxL进行判断,若QmaxL≤0.5pu,则使当前容性无功功率限幅值QmaxL在上次值的基础上增加一组电容器的容量,即,使QmaxL(本次)=QmaxL(前次)+QL,并进入步骤(5-4-2-3-4),若QmaxL>0.5pu,则使感性无功限幅值QmaxL=0.5pu,并进入步骤(6);
(5-4-2-3-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则重复步骤(5-4-2-3-3)和(5-4-2-3-4),若Upcc<1.05pu,则进入步骤(6);
(6)设定动态无功补偿装置的恒无功输出模式的无功功率参考值QCQR,取值范围为0~0.1pu的感性无功功率值;
(7)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电流测量值Ipcc,计算动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值QDR,具体包括以下步骤:
(7-1)设定输电网的受控输电线路的有功功率参考值为Pref,其中Pref取值为输电网稳态运行时受控输电线路传输的有功功率,计算输电网的受控输电线路的有功功率值为得到输电网稳态运行时受控输电线路的有功功率Pline与有功功率参考值Pref的差值ΔP,ΔP=Pline-Pref;
(7-3)利用带一阶惯性延时的比例环节传递函数根据相位补偿后的有功功率差值ΔPcomp和,计算得到动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率需求量Qf,其中s为比例环节传递函数的复频率算子,Kf和Tf的取值分别为Kf=2~5,Tv=0.01~0.05秒;
(7-4)设定动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率的限幅值Qmax2,将上述阻尼控制模式的无功功率需求量Qf与Qmax2进行比较,若Qf>Qmax2,则使动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值QDR=Qmax2,若Qf<-Qmax2,则QDR=-Qmax2;若-Qmax2<Qf<Qmax2,则QDR=Qf,其中无功功率的限幅值Qmax2的取值为Qmax2=0.2pu;
(8)根据动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值Upcc,判断动态无功补偿装置的运行模式,并根据运行模式,计算动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref,并判断动态无功补偿装置的脉冲运行状态,具体包括以下步骤:
(8-1)若动态无功补偿装置的上一个控制周期为闭锁脉冲状态,则进行步骤(8-2),若动态无功补偿装置的上一个控制周期为解锁脉冲状态,则进入步骤(8-3);
(8-2)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的解锁脉冲阈值为0.4pu,将动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值Upcc与解锁脉冲阈值进行比较,若Upcc<0.4pu,则判定动态无功补偿装置接入输电网处并网点近端发生短路故障,并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行,结束本控制周期;若Upcc≥0.4pu,则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行,并进行步骤(8-4);
(8-3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的闭锁脉冲阈值为0.3pu,若Upcc<0.3pu,则判定动态无功补偿装置加入输电网并网点近端发生短路故障,并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行,结束本控制周期;若Upcc≥0.3pu,则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行,并进入步骤(8-4);
(8-4)设定一个动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压下降速度阈值Ku,Ku取值为2pu/s~3pu/s,并设定动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值为0.9pu,将动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压与动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值比较,若Upcc<0.9pu,或动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt>Ku,则判定输电网发生暂态电压跌落,使动态无功补偿装置装置进入暂态电压控制模式,并进行步骤(8-7),若Upcc≥0.9pu,且动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt<Ku,则进行步骤(8-5),其中动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt=(Upcc(N)-Upcc(N-1))/ΔT,N为控制周期,ΔT为相邻两个控制周期的时间间隔;
(8-5)对输电网调度中心调度员设定的远方控制模式进行判断,若设定了远方控制模式,则进行步骤(8-8),若没有设定远方控制模式,则进行步骤(8-6);
(8-6)对动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压Upcc与动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值和下限值进行比较,若0.95pu<Upcc<1.05pu,则进行步骤(8-9),若Upcc≤0.95pu,或Upcc≥1.05pu,则进行步骤(8-10);
(8-7))对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QTVR+QDR,进入步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QTVR,进入步骤(8-11);
(8-8)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QRCR+QDR,进行步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QRCR,进行步骤(8-11);
(8-9)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCQT+QDR,进入步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCQR,进入步骤(8-11);
(8-10)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCVR+QDR,进行步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCVR,进入步骤(8-11);
(8-11)设定动态无功补偿装置的无功功率参考值的上限值为1.0pu,下限值为-1.0pu,将Qref1与无功功率参考值的上限值和下限值进行比较,若Qref1≥1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=1.0pu,若Qref1≤-1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=-1.0pu,若-1.0pu<Qref1<1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=Qref1,将Qref作为动态无功补偿装置的输出无功功率参考值,结束本控制周期。
本发明提出的一种大容量动态无功补偿装置接入输电网的系统控制方法,其特点包括:(1)通过合理的模式优化选取逻辑将动态无功补偿装置的暂态电压控制、稳态调压、自动电压调节、抑制线路低频功率振荡几种功能模式有机协调在一起;(2)所提稳态调压控制方法将动态无功补偿装置接入的输电网变电站内并联补偿设备纳入到动态无功补偿装置系统控制方法中,实现快速、动态无功资源和慢速、静态无功资源的协调配合。通过上述几个措施,充分发挥动态无功补偿装置丰富灵活的控制功能,为输电网提供更强的电压稳定和动态稳定控制能力。
本发明提出的动态无功补偿装置接入输电网的控制方法,对现有各种动态无功补偿装置单一控制功能模式进行集成和改进,根据动态无功补偿装置接入输电网的电压、电流、变电站内并联补偿设备的投切状态、以及运行人员的人工设定,快速计算动态无功装置各种功能模式的无功需求值,并决定动态无功补偿装置选取哪些功能模式的输出作为无功参考指令值。本发明方法充分发挥动态无功补偿装置丰富灵活的控制功能,为输电网同时提供暂态电压控制、稳态调压、自动电压调节、抑制低频功率振荡几种控制功能,提高输电网电压稳定和动态稳定性。该方法具有控制结构清晰、实现简单等特点,解决了传统控制方法只提供单一控制功能的不足。本发明所涉控制方法可应用于电力系统稳定控制中,提高输电网电压稳定和动态稳定性。
附图说明
图1为本发明方法提出的动态无功补偿装置接入输电网的控制方法的流程框图。
图2为本发明方法中暂态电压控制流程框图。
图3为本发明方法中阻尼控制流程框图。
图4为本发明方法中选取控制模式的流程框图。
具体实施方式
本发明提出的动态无功补偿装置接入输电网的控制方法,其流程框图如图1所示,包括以下步骤:
(1)当动态无功补偿装置的一个控制周期到来时,实时测量动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压有效值Upcc和电流有效值Ipcc;
(2)当上述控制周期到来时,检测动态无功补偿装置所在变电站内并联电容和并联电抗的开关状态;
(3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压参考值Uref,一般情况下设为,可以是500kV或220kV或35kV,根据步骤(1)的电压测量值Upcc和电压参考值Uref,计算动态无功补偿装置暂态电压控制模式时的无功功率参考值QTVR,其控制框图如图2所示,具体包括以下步骤:
(3-1)计算上述电压测量值Upcc和电压参考值Uref的差值ΔU,ΔU=Upcc-Uref;
(3-2)利用相位补偿传递函数:对电压差值ΔU进行相位补偿计算,得到相位补偿后的电压差信号ΔUcomp,其中s为相位补偿传递函数中的复频率算子,T1和T2分别为相位校正参数,其值根据动态无功补偿装置的闭环控制系统相位阈度的要求选取,一般可以选取T1=0.01秒,T2=0.03秒;
(3-3)利用比例积分传递函数:根据上述相位补偿后的电压差信号ΔUcomp计算动态无功补偿装置暂态电压控制的无功功率需求值QV,其中s为比例积分传递函数中的复频率算子,Kv为比例系数,取值为Kv=4~10,Tv为积分时间常数,Tv=0.005~0.01秒;
(3-4)设定动态无功补偿装置无功功率的限幅值Qmax1,将上述无功功率需求值QV与无功功率的限幅值Qmax1进行比较,当Qv>Qmax1时,使动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=Qmax1,当Qv<-Qmax1时,动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=-Qmax1,当-Qmax1<Qv<Qmax1时,动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=Qv;
限幅处理的限幅值Qmax1一般选为动态无功补偿装置的额定容量,Qmax1=1.0pu;
(4)接收输电网调度中心通过网络发送的自动电压调节的无功功率需求值QRCR,将该需求值QRCR作为远方控制模式的无功功率参考值;
(5)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电压参考值Uref,计算动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率参考值QCVR,具体包括以下步骤:
(5-1)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的电压参考值的无功功率参考值Uref2,计算动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电压参考值Uref2的电压差值ΔU2,ΔU2=Upcc-Uref2,其中Uref2的取值为:若Upcc<0.95pu,则使Uref2=0.95pu,若Upcc>1.05pu,则使Uref2=1.05pu,若0.95pu<Upcc<1.05pu,则使Uref2=Upcc,pu表示动态无功补偿装置接入输电网处并网点的额定电压标幺值;
(5-2)利用相位补偿传递函数:对上述电压差值ΔU2进行相位补偿计算,得到相位补偿后的电压差信号ΔUcomp2,其中s为相位补偿传递函数的复频率算子,T3和T4分别为相位校正参数,其值根据闭环控制系统相位阈度的要求选取,根据动态无功补偿装置控制系统的要求,一般可以选取T3=0.01秒,T4=0.03秒;
(5-3)利用比例积分传递函数:根据上述相位补偿后的电压差信号ΔUcomp2,计算得到动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值QV2;其中s为比例积分传递函数中的复频率算子,Kv2为比例系数,Kv2=1~2,Tv2为积分时间常数,Tv2=0.1~0.2秒;
(5-4)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的容性无功功率限幅值QmaxC和感性无功功率限幅值QmaxL,将上述动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值QV2与QmaxC和QmaxL进行比较,若Qv2>QmaxL,则QCVR=QmaxL,若Qv2<-QmaxC,则QCVR=-QmaxC,若-QmaxC<Qv2<QmaxL,则QCVR=Qv2,其中容性无功功率限幅值QmaxC和感性无功功率限幅值QmaxL的设定方法如下:
(5-4-1)设动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电容器的单组容量为QC,动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电抗器的单组容量为QL;
(5-4-2)初始化时,设定容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值为1.05pu,下限值为0.95pu,将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值和下限值进行比较:
(5-4-2-1)若0.95pu<Upcc<1.05pu,则进行步骤(6),
(5-4-2-2)若Upcc≤0.95pu,则:
(5-4-2-2-1)使容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令;
(5-4-2-2-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令,重复步骤(5-4-2-2-1)和(5-4-2-2-2),直至变电站内所有电容器全部投入;
(5-4-2-2-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则对容性无功功率限幅值QmaxC进行判断,若QmaxC≤0.5pu,则使当前容性无功功率限幅值QmaxC在上次值的基础上增加一组电容器的容量,即,使QmaxC(本次)=QmaxC(前次)+QC,并进入步骤(5-4-2-2-4),若QmaxC>0.5pu,则使容性无功限幅值QmaxC=0.5pu,并进入步骤(6);
(5-4-2-2-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则重复步骤(5-4-2-2-3)和(5-4-2-2-4),若Upcc>0.95pu,则进入步骤(6);
(5-4-2-3)若Upcc≥1.05pu,则:
(5-4-2-3-1)使容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令;
(5-4-2-3-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令,重复步骤(5-4-2-3-1)和(5-4-2-3-2),直至变电站内所有电抗器全部投入;
(5-4-2-3-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则对容性无功功率限幅值QmaxL进行判断,若QmaxL≤0.5pu,则使当前容性无功功率限幅值QmaxL在上次值的基础上增加一组电容器的容量,即,使QmaxL(本次)=QmaxL(前次)+QL,并进入步骤(5-4-2-3-4),若QmaxL>0.5pu,则使感性无功限幅值QmaxL=0.5pu,并进入步骤(6);
(5-4-2-3-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则重复步骤(5-4-2-3-3)和(5-4-2-3-4),若Upcc<1.05pu,则进入步骤(6);
(6)设定动态无功补偿装置的恒无功输出模式的无功功率参考值QCQR,取值范围为0~0.1pu的感性无功功率值;为了减小稳态时STATCOM运行损耗,且保留最大的容性无功备用,恒无功输出模式的无功指令定QCQR可以设为0至0.1pu的感性无功值。
(7)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电流测量值Ipcc,计算动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值QDR,其控制框图图3所示,具体包括以下步骤:
(7-1)设定输电网的受控输电线路的有功功率参考值为Pref,其中Pref取值为输电网稳态运行时受控输电线路传输的有功功率,计算输电网的受控输电线路的有功功率值为得到输电网稳态运行时受控输电线路的有功功率Pline与有功功率参考值Pref的差值ΔP,ΔP=Pline-Pref;
(7-2)利用相位补偿传递函数对上述差值ΔP进行相位补偿处理,计算得到相位补偿后的有功功率差值ΔPcomp,其中s为复频率,T5和T6分别为相位校正参数,取值为:T5=0.01秒,T6=0.03秒;(其值根据闭环控制系统相位阈度的要求选取,根据动态无功补偿装置控制系统的要求,一般可以选取,);
(7-3)利用带一阶惯性延时的比例环节传递函数根据相位补偿后的有功功率差值ΔPcomp和,计算得到动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率需求量Qf,其中s为比例环节传递函数的复频率算子,Kf和Tf的取值分别为Kf=2~5,Tv=0.01~0.05秒;实现对信号ΔPcomp的放大,同时滤去部分高频噪声,Kf和Tf分别为比例系数和惯性延时常数;
(7-4)设定动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率的限幅值Qmax2,将上述阻尼控制模式的无功功率需求量Qf与Qmax2进行比较,若Qf>Qmax2,则使动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值QDR=Qmax2,若Qf<-Qmax2,则QDR=-Qmax2;若-Qmax2<Qf<Qmax2,则QDR=Qf,其中无功功率的限幅值Qmax2的取值为Qmax2=0.2pu;
限幅处理的限幅值Qmax2一般可选为额定容量的0.2倍,即Qmax2=0.2pu。用于阻尼的无功容量小于额定容量,可以防止阻尼控制引起母线过电压;
(8)根据动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值Upcc,判断动态无功补偿装置的运行模式,并根据运行模式,计算动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref,并判断动态无功补偿装置的脉冲运行状态,其判断流程如图4所示,具体包括以下步骤:
(8-1)若动态无功补偿装置的上一个控制周期为闭锁脉冲状态,则进行步骤(8-2),若动态无功补偿装置的上一个控制周期为解锁脉冲状态,则进入步骤(8-3);
(8-2)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的解锁脉冲阈值为0.4pu,将动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值Upcc与解锁脉冲阈值进行比较,若Upcc<0.4pu,则判定动态无功补偿装置接入输电网处并网点近端发生短路故障,并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行,结束本控制周期;若Upcc≥0.4pu,则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行,并进行步骤(8-4);
(8-3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的闭锁脉冲阈值为0.3pu,若Upcc<0.3pu,则判定动态无功补偿装置加入输电网并网点近端发生短路故障,并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行,结束本控制周期;若Upcc≥0.3pu,则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行,并进入步骤(8-4);
(8-4)设定一个动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压下降速度阈值Ku,Ku取值为2pu/s~3pu/s,并设定动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值为0.9pu,将动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压与动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值比较,若Upcc<0.9pu,或动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt>Ku,则判定输电网发生暂态电压跌落,使动态无功补偿装置装置进入暂态电压控制模式,并进行步骤(8-7),若Upcc≥0.9pu,且动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt<Ku,则进行步骤(8-5),其中动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt=(Upcc(N)-Upcc(N-1))/ΔT,N为控制周期,ΔT为相邻两个控制周期的时间间隔;
dU/dt的计算方法为:记当前为第N个控制周期,当前周期与此前1个控制周期的电压采样值分别为Upcc(N-1)、Upcc(N),采样间隔为ΔT,则dU/dt=(Upcc(N)-Upcc(N-1))/ΔT;
(8-5)对输电网调度中心调度员设定的远方控制模式进行判断,若设定了远方控制模式,则进行步骤(8-8),若没有设定远方控制模式,则进行步骤(8-6);
(8-6)对动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压Upcc与动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值和下限值进行比较,若0.95pu<Upcc<1.05pu,则进行步骤(8-9),若Upcc≤0.95pu,或Upcc 1.05pu,则进行步骤(8-10);
(8-7))对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QTVR+QDR,进入步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QTVR,进入步骤(8-11);
(8-8)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QRCR+QDR,进行步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QRCR,进行步骤(8-11);
(8-9)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCQR+QDR,进入步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCQR,进入步骤(8-11);
(8-10)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCVR+QDR,进行步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCVR,进入步骤(8-11);
(8-11)设定动态无功补偿装置的无功功率参考值的上限值为1.0pu,下限值为-1.0pu,将Qref1与无功功率参考值的上限值和下限值进行比较,若Qref1≥1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=1.0pu,若Qref1≤-1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=-1.0pu,若-1.0pu<Qref1<1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=Qref1,将Qref作为动态无功补偿装置的输出无功功率参考值,结束本控制周期。
Claims (1)
1.一种动态无功补偿装置接入输电网的控制方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
(1)当动态无功补偿装置的一个控制周期到来时,实时测量动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压有效值Upcc和电流有效值Ipcc;
(2)当上述控制周期到来时,检测动态无功补偿装置所在变电站内并联电容和并联电抗的开关状态;
(3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压参考值Uref,根据步骤(1)的电压测量值Upcc和电压参考值Uref,计算动态无功补偿装置暂态电压控制模式时的无功功率参考值QTVR,具体包括以下步骤:
(3-1)计算上述电压测量值Upcc和电压参考值Uref的差值ΔU,ΔU=Upcc-Uref;
(3-2)利用相位补偿传递函数:对电压差值ΔU进行相位补偿计算,得到相位补偿后的电压差信号ΔUcomp,其中s为相位补偿传递函数中的复频率算子,T1和T2分别为相位校正参数,T1=0.01秒,T2=0.03秒;
(3-3)利用比例积分传递函数:根据上述相位补偿后的电压差信号ΔUcomp计算动态无功补偿装置暂态电压控制的无功功率需求值QV,其中s为比例积分传递函数中的复频率算子,Kv为比例系数,取值为Kv=4~10,Tv为积分时间常数,Tv=0.005~0.01秒;
(3-4)设定动态无功补偿装置无功功率的限幅值Qmax1,将上述无功功率需求值QV与无功功率的限幅值Qmax1进行比较,当Qv>Qmax1时,使动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=Qmax1,当Qv<-Qmax1时,动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=-Qmax1,当-Qmax1<Qv<Qmax1时,动态无功补偿装置的无功功率参考值QTVR=Qv;
(4)接收输电网调度中心通过网络发送的自动电压调节的无功功率需求值QRCR,将该需求值QRCR作为远方控制模式的无功功率参考值;
(5)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电压参考值Uref,计算动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率参考值QCVR,具体包括以下步骤:
(5-1)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的电压参考值的无功功率参考值Uref2,计算动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电压参考值Uref2的电压差值ΔU2,ΔU2=Upcc-Uref2,其中Uref2的取值为:若Upcc<0.95pu,则使Uref2=0.95pu,若Upcc>1.05pu,则使Uref2=1.05pu,若0.95pu<Upcc<1.05pu,则使Uref2=Upcc,pu表示动态无功补偿装置接入输电网处并网点的额定电压标幺值;
(5-2)利用相位补偿传递函数:对上述电压差值ΔU2进行相位补偿计算,得到相位补偿后的电压差信号ΔUcomp2,其中s为相位补偿传递函数的复频率算子,T3和T4分别为相位校正参数,T3=0.01秒,T4=0.03秒;
(5-3)利用比例积分传递函数:根据上述相位补偿后的电压差信号ΔUcomp2,计算得到动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值QV2;其中s为比例积分传递函数中的复频率算子,Kv2为比例系数,Kv2=1~2,Tv2为积分时间常数,Tv2=0.1~0.2秒;
(5-4)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的容性无功功率限幅值QmaxC和感性无功功率限幅值QmaxL,将上述动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值QV2与QmaxC和QmaxL进行比较,若Qv2>QmaxL,则QCVR=QmaxL,若Qv2<-QmaxC,则QCVR=-QmaxC,若-QmaxC<Qv2<QmaxL,则QCVR=Qv2,其中容性无功功率限幅值QmaxC和感性无功功率限幅值QmaxL的设定方法如下:
(5-4-1)设动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电容器的单组容量为QC,动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电抗器的单组容量为QL;
(5-4-2)初始化时,设定容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值为1.05pu,下限值为0.95pu,将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值和下限值进行比较:
(5-4-2-1)若0.95pu<Upcc<1.05pu,则进行步骤(6),
(5-4-2-2)若Upcc≤0.95pu,则:
(5-4-2-2-1)使容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令;
(5-4-2-2-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令,重复步骤(5-4-2-2-1)和(5-4-2-2-2),直至变电站内所有电容器全部投入;
(5-4-2-2-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则对容性无功功率限幅值QmaxC进行判断,若QmaxC≤0.5pu,则使当前容性无功功率限幅值QmaxC在上次值的基础上增加一组电容器的容量,即,使QmaxC(本次)=QmaxC(前次)+QC,并进入步骤(5-4-2-2-4),若QmaxC>0.5pu,则使容性无功限幅值QmaxC=0.5pu,并进入步骤(6);
(5-4-2-2-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与下限值进行比较,若Upcc≤0.95pu,则重复步骤(5-4-2-2-3)和(5-4-2-2-4),若Upcc>0.95pu,则进入步骤(6);
(5-4-2-3)若Upcc≥1.05pu,则:
(5-4-2-3-1)使容性无功功率限幅值QmaxC=QC,感性无功功率限幅值QmaxL=QL,同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令;
(5-4-2-3-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令,重复步骤(5-4-2-3-1)和(5-4-2-3-2),直至变电站内所有电抗器全部投入;
(5-4-2-3-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则对容性无功功率限幅值QmaxL进行判断,若QmaxL 0.5pu,则使当前容性无功功率限幅值QmaxL在上次值的基础上增加一组电容器的容量,即,使QmaxL(本次)=QmaxL(前次)+QL,并进入步骤(5-4-2-3-4),若QmaxL>0.5pu,则使感性无功限幅值QmaxL=0.5pu,并进入步骤(6);
(5-4-2-3-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压Upcc与上限值进行比较,若Upcc≥1.05pu,则重复步骤(5-4-2-3-3)和(5-4-2-3-4),若Upcc<1.05pu,则进入步骤(6);
(6)设定动态无功补偿装置的恒无功输出模式的无功功率参考值QCQR,取值范围为0~0.1pu的感性无功功率值;
(7)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值Upcc和电流测量值Ipcc,计算动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值QDR,具体包括以下步骤:
(7-1)设定输电网的受控输电线路的有功功率参考值为Pref,其中Pref取值为输电网稳态运行时受控输电线路传输的有功功率,计算输电网的受控输电线路的有功功率值为得到输电网稳态运行时受控输电线路的有功功率Pline与有功功率参考值Pref的差值ΔP,ΔP=Pline-Pref;
(7-3)利用带一阶惯性延时的比例环节传递函数根据相位补偿后的有功功率差值ΔPcomp和,计算得到动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率需求量Qf,其中s为比例环节传递函数的复频率算子,Kf和Tf的取值分别为Kf=2~5,Tv=0.01~0.05秒;
(7-4)设定动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率的限幅值Qmax2,将上述阻尼控制模式的无功功率需求量Qf与Qmax2进行比较,若Qf>Qmax2,则使动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值QDR=Qmax2,若Qf<-Qmax2,则QDR=-Qmax2;若-Qmax2<Qf<Qmax2,则QDR=Qf,其中无功功率的限幅值Qmax2的取值为Qmax2=0.2pu;
(8)根据动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值Upcc,判断动态无功补偿装置的运行模式,并根据运行模式,计算动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref,并判断动态无功补偿装置的脉冲运行状态,具体包括以下步骤:
(8-1)若动态无功补偿装置的上一个控制周期为闭锁脉冲状态,则进行步骤(8-2),若动态无功补偿装置的上一个控制周期为解锁脉冲状态,则进入步骤(8-3);
(8-2)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的解锁脉冲阈值为0.4pu,将动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值Upcc与解锁脉冲阈值进行比较,若Upcc<0.4pu,则判定动态无功补偿装置接入输电网处并网点近端发生短路故障,并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行,结束本控制周期;若Upcc≥0.4pu,则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行,并进行步骤(8-4);
(8-3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的闭锁脉冲阈值为0.3pu,若Upcc<0.3pu,则判定动态无功补偿装置加入输电网并网点近端发生短路故障,并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行,结束本控制周期;若Upcc≥0.3pu,则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行,并进入步骤(8-4);
(8-4)设定一个动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压下降速度阈值Ku,Ku取值为2pu/s~3pu/s,并设定动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值为0.9pu,将动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压与动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值比较,若Upcc<0.9pu,或动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt>Ku,则判定输电网发生暂态电压跌落,使动态无功补偿装置装置进入暂态电压控制模式,并进行步骤(8-7),若Upcc≥0.9pu,且动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt<Ku,则进行步骤(8-5),其中动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt=(Upcc(N)-Upcc(N-1))/ΔT,N为控制周期,ΔT为相邻两个控制周期的时间间隔;
(8-5)对输电网调度中心调度员设定的远方控制模式进行判断,若设定了远方控制模式,则进行步骤(8-8),若没有设定远方控制模式,则进行步骤(8-6);
(8-6)对动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压Upcc与动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值和下限值进行比较,若0.95pu<Upcc<1.05pu,则进行步骤(8-9),若Upcc≤0.95pu,或Upcc≥1.05pu,则进行步骤(8-10);
(8-7))对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QTVR+QDR,进入步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QTVR,进入步骤(8-11);
(8-8)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QRCR+QDR,进行步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QRCR,进行步骤(8-11);
(8-9)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCQR+QDR,进入步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCQR,进入步骤(8-11);
(8-10)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断,若设定为使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCVR+QDR,进行步骤(8-11),若设定为非使能状态,则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Qref1=QCVR,进入步骤(8-11);
(8-11)设定动态无功补偿装置的无功功率参考值的上限值为1.0pu,下限值为-1.0pu,将Qref1与无功功率参考值的上限值和下限值进行比较,若Qref1≥1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=1.0pu,若Qref1≤-1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=-1.0pu,若-1.0pu<Qref1<1.0pu,则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Qref=Qref1,将Qref作为动态无功补偿装置的输出无功功率参考值,结束本控制周期。
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