CN103414198A - 多套分级式可控并联电抗器协调控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，包括至少两套分级式可控并联电抗器、与每套分级式可控并联电抗器对应的控制装置和一台通信交换机，其中，分级式可控并联电抗器分别挂在一个区域内的多条线路上，而各控制装置分别与其对应的分级式可控并联电抗器连接并进行控制；所述通信交换机与所有控制装置的通信口连接，将所有控制装置接入同一个局域网进行信息共享。此种控制系统可合理分配各套分级式可控并联电抗器的档位和出力，避免电压调节过多且能平衡各套设备损耗。本发明还公开一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统的控制方法。

Description

多套分级式可控并联电抗器协调控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电力系统电子器件领域，特别涉及一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统及其控制方法。

背景技术

我国西北电网超高压和特高压交流输电线路在线路空载或轻载时末端电压较高，且随着将来大规模风电接入，由于风电出力波动幅度大、频度高，致使输电线路潮流频繁变化，电压控制困难。可控并联电抗器（CSR）作为一种高电压大容量的动态无功调节设备，通过改变并联在输电线路上的电抗值调节线路无功潮流，从而达到调节线路电压的目的。同时在线路发生区内故障时，通过将可控并联电抗器调节至最大容量，可以抑制因相间和相对地电容引起的潜供电流，降低恢复电压，提高重合闸成功率。

中国专利申请200510096007.9公开了一种分级式可控并联电抗器装置，如图1所示。该分级式可控并联电抗器共有3级可调容量，由高阻抗变压器本体、分级电抗器（L1、L2、L3）、旁路断路器（K1、K2、K3）和晶闸管阀组（D1、D2、D3）组成，其中高阻抗变压器本体为高漏抗型变压器，一次线圈并联在输电线路上，二次线圈和分级电抗器串联，通过每一级旁路断路器和晶闸管阀组的配合改变可控并联电抗器的档位，达到调节容量的目的。这种电路结构的可控并联电抗器由于响应快速、无谐波，在实际系统中得到较多的应用。

分级式可控并联电抗器多采用监视所在线路电压或无功越限情况而投退档位的控制策略，一般只监视该套设备所在线路或母线的电压和无功，但对于一个区域中有多套分级式可控并联电抗器同时运行的情况，若某些设备恰好在同一时间满足电压或无功越限延时条件而调档，将会导致调档级数过多，引起系统电压波动过大，以上情况尤其容易出现在双回线各挂有一套分级式可控并联电抗器的情况。而且若多套分级式可控并联电抗器的运行档位差别较大，则档位较高的分级式可控并联电抗器将承受较大的电流而造成设备损耗较大，对设备的使用寿命造成影响。在这种情况下，若能将某一个区域内的多套分级式可控并联电抗器组成一个可控整体，在它们之间采用一定的协调控制策略，既能避免同时调档造成系统电压波动过大，又能保证各套设备的档位尽量一致，将损耗平均分配，延长设备使用寿命。

基于现有技术的缺陷，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统及其控制方法，其可合理分配各套分级式可控并联电抗器的档位和出力，避免电压调节过多且能平衡各套设备损耗。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，包括至少两套分级式可控并联电抗器、与该分级式可控并联电抗器对应的控制装置和一台通信交换机，其中，分级式可控并联电抗器分别挂在一个区域内的多条线路上，而各控制装置分别与其对应的分级式可控并联电抗器连接并进行控制；所述通信交换机与所有控制装置的通信口连接，将所有控制装置接入同一个局域网进行信息共享。

上述分级式可控并联电抗器包括高阻抗变压器本体和至少两个分级电抗器，还包括与每个分级电抗器对应的旁路断路器和晶闸管阀组，其中，高阻抗变压器本体的一次线圈并联在输电线路上，各分级电抗器均具有输入端和输出端，所有分级电抗器同向顺序串联形成电抗器串，该电抗器串并联在高阻抗变压器本体的二次线圈两端；所述每一组旁路断路器与晶闸管阀组并联后，一端连接电抗器串的输出端，另一端连接与其对应的分级电抗器的输入端。

上述控制装置采用至少一台配置，当配置多台时，互相之间为一主多备关系。

上述局域网配置为单网或双网，在双网模式下，当其中一个网络瘫痪时，所有信息经由另一个网络传递。

一种基于如前所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统的控制方法，所述分级式可控并联电抗器的控制装置采用一主多从结构，在同一时刻设置一套分级式可控并联电抗器的控制装置为主控，其余分级式可控并联电抗器的控制装置均为从控，所述主控负责判断、切换和分配逻辑，并且发出各套分级式可控并联电抗器的调档指令，而各从控接收主控下发的调档指令，根据指令执行对应的调档动作，未接收到主控下发的指令时不动作。

上述确定主控的方法是：采集各分级式可控并联电抗器的比较序列信号，并将前述所有比较序列信号进行比较，选择比较序列值大的分级式可控并联电抗器的控制装置作为主控。

上述主控根据电压或无功的越限状况得出控制指令，根据各套分级式可控并联电抗器各自当前的档位以及可控状态，分配各套的调档级数；当前不允许调档或档位不满足要求的不给予调档指令，升档时让档位较低的优先升档，降档时让档位较高的优先降档。

每套分级式可控并联电抗器在调档后自行判断调档是否成功，若调档失败的设备为从控且调档失败不是发生在区内故障时，则该套设备对应的控制装置向主控发送调档失败信号，若调档失败发生在区内故障时，则调档失败信号不向外发送；所述主控综合多套分级式可控并联电抗器的调档失败信号，协调其它完好且仍有档位可调的分级式可控并联电抗器补充调档。

采用上述方案后，本发明通过将多套可控并联电抗器的控制器组网，使其组成一个有机整体，由其中一套设备统一控制所有设备的动作行为，以达到最优的调节性能。在电力系统稳定方面，本发明解决了多套分级式可控并联电抗器同时调档引起电压波动过大的问题，在设备安全可靠方面，本发明平衡了多套设备的档位，使损耗平均分配，延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1是单套分级式（4级）可控并联电抗器的主电路结构示意图；

图2是两套分级式可控并联电抗器协调控制系统的结构示意图；

图3是两套分级式可控并联电抗器的主从调档控制示意图；

图4是两套分级式可控并联电抗器主从切换逻辑示意图；

图5是两套分级式可控并联电抗器调档级数分配模块接口示意图。

具体实施方式

本发明提供一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，包括至少两套分级式可控并联电抗器、与该分级式可控并联电抗器对应的控制装置和一台通信交换机，其中，分级式可控并联电抗器分别挂在一个区域内的多条线路上，而各控制装置分别与其对应的分级式可控并联电抗器连接，并实现控制功能，多套分级式可控并联电抗器采用一主多从结构，同一时刻有且仅有一套为主控，其余均为从控；所述通信交换机与所有控制装置的通信口连接，各控制装置之间通过该通信交换机进行信号的点对点互传。以下将以挂在双回线两条线路上的两套分级式可控并联电抗器协调控制系统为例，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2所示，两套分级式可控并联电抗器协调控制系统包括以下组成结构：

1）两套分级式可控并联电抗器CSR-1和CSR-2：每套分级式可控并联电抗器主电路结构如图1所示，是实现3级可调容量的一种实施结构，包括高阻抗变压器本体、分级电抗器、旁路断路器和晶闸管阀组，其中分级电抗器如图1中的L1、L2、L3，旁路断路器如图1中的K1、K2、K3，晶闸管阀组为D1、D2、D3，该可控并联电抗器可运行档位共有4档，分为3级可调容量和1级固定容量；所述高阻抗变压器本体的一次线圈并联在输电线路上，分级电抗器L1、L2、L3依次串联后，两个端部分别连接二次线圈的两端，为叙述方便，定义各分级电抗器的一端为输入端，另一端为输出端，则L1、L2、L3同向顺序串联后，形成的电抗器串的输入端是L1的输入端，而该电抗器串的输出端是L3的输出端；旁路断路器K1和晶闸管阀组D1均与分级电抗器L1相对应，K1和D1并联后，一端连接L1的输入端，另一端连接L3的输出端；旁路断路器K2和晶闸管阀组D2均与分级电抗器L2相对应，K2和D2并联后，一端连接L2的输入端，另一端连接L3的输出端；旁路断路器K3和晶闸管阀组D3均与分级电抗器L3相对应，K3和D3并联后，再并联在L3的两端；

2）两套分级式可控并联电抗器的控制装置：包括至少一个CPU和至少一个DSP微机控制器，实时测量系统的电压和电流，计算无功，并输出旁路断路器分合闸指令和晶闸管阀组触发信号。每套分级式可控并联电抗器的控制装置采用冗余配置，以提高控制的稳定性，共有4台控制装置，分别如图2中为CSR-1A、CSR-1B、CSR-2A和CSR-2B。控制装置在电压稳态调节时，采取三层电压控制策略，根据电压的不同越限情况，分别产生内层、外层和最外层三种不同的控制指令；

3）通信交换机：采用一台光纤交换机，和所有控制装置的光纤通信口相连，控制装置间通过这台光纤交换机进行信号的点对点互传，从而将所有控制装置接入同一个局域网进行信号共享，所述的局域网可以配置成单网或者双网，在双网模式下，当其中一个网络瘫痪时，所有信息可经由另一个网络传递，确保整个系统通信的可靠性。

基于前述多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，本发明还提供该系统的控制方法，同一时刻只有一套分级式可控并联电抗器为主控，但是主控不固定为某一套，而是遵循一定的切换逻辑可在多套之间自动切换，确保当前最完好的一套为主控。主控装置负责判断、切换和分配逻辑，并且最终发出各套分级式可控并联电抗器的调档指令；从控装置仅接收主控装置下发的调档控制指令，根据指令执行对应的调档动作，未接收到主控装置下发的指令时不动作；主控分级式可控并联电抗器采用协调控制策略，在达到控制目标的前提下尽量保证动作后多套设备档位一致，以平衡各套设备的损耗。

如图3所示，两套分级式可控并联电抗器为一主一从结构，每套分级式可控并联电抗器又配置有一主一备两台控制装置。所有控制装置均实时监视线路电压并根据电压判断生成控制指令，但是仅主控分级式可控并联电抗器的值班装置是两套设备的控制核心，只有它能根据控制指令生成本套设备和另一套设备的调档动作指令，从控分级式可控并联电抗器只接收主控下发的指令动作。两套设备最终的开关分合闸和晶闸管触发指令均由各自的值班装置出口。

两套分级式可控并联电抗器的主从状态并不是一成不变的，而是可以自动切换。如图4所示，自动切换通过两套之间比较一个叫做比较序列（CS）的信号来实现。比较序列由多个数字量信号按位构成，并且按照优先级排列，优先级高的在高位，优先级低的在低位。比较序列值较大说明该套设备当前运行状态更加完好，更适合作为主控可控并联电抗器来协调两套的调档动作。

如图5所示，主控根据电压或无功的越限状况得出控制指令后，会根据两套各自当前的档位以及可控状态，合理地分配两套的调档级数。主控装置首先会判断两套分级式可控并联电抗器当前是否允许升降档：若其中一套因为自动控制功能闭锁、装置检修等一系列原因无法自动调档，或因为档位已经到最高最低而无法升档降档时，所有调档任务将会由另一套可调档的分级式可控并联电抗器完成。

当两套分级式可控并联电抗器均可以调档时，主控装置将评估两者当前的档位，根据档位以及当前产生的控制指令分配两者的调档行为：当内层动作只需要升降一档时，由档位较低者升档，由档位较高者降档；当外层动作需要升降两档时，两套同时动作一档；当最外层动作需要全投全切时，两套同时调至最高或最低档位。这样可以避免各套设备各自调档时发生同时动作的情况，导致线路电压波动过大，而且能使各套分级式可控并联电抗器的损耗尽量均衡，避免某些高档位的设备长期处于较大损耗，对分级式可控并联电抗器造成损坏。升降档分配如表1所示：

表1

每套分级式可控并联电抗器在调档指令发出后会判断本套设备调档是否成功，当发生调档失败后，其控制装置根据当前是否发生区内故障，决定是否将调档失败信号返回给主控装置，主控装置会判断当前完好的那套设备是否具有调档能力，决定是否通过控制其调档，弥补调档失败设备未能成功调节的档位，确保总调档级数达到控制目标。

当某套设备在区内故障全投时发生调档失败，其他线路可控高抗不应动作补充调档：当分级式可控并联电抗器所在线路发生区内故障保护动作时，将可控并联电抗器投入最大容量可以抑制潜供电流，降低恢复电压，从而提高重合闸成功率。由于发生区内故障时的调档目的并不是调节线路电压，所以在这种情况下发生调档失败时，主控装置不应协调其他线路上的设备补充调档。

本发明以两套四档的分级式可控并联电抗器介绍实施方案，但本发明不限于两套四档的分级式可控并联电抗器，对两套以上、档位为两档以上的多套分级式可控并联电抗器都适用。任何牵涉到多套分级式可控并联电抗器组成协调控制系统，且由一台主控装置统一协调所有设备动作、均衡各套档位的情况都属于本发明范围之内。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，其特征在于：包括至少两套分级式可控并联电抗器、与每套分级式可控并联电抗器对应的控制装置和一台通信交换机，其中，分级式可控并联电抗器分别挂在一个区域内的多条线路上，而各控制装置分别与其对应的分级式可控并联电抗器连接并进行控制；所述通信交换机与所有控制装置的通信口连接，将所有控制装置接入同一个局域网进行信息共享。

2.如权利要求1所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，其特征在于：所述分级式可控并联电抗器包括高阻抗变压器本体和至少两个分级电抗器，还包括与每个分级电抗器对应的旁路断路器和晶闸管阀组，其中，高阻抗变压器本体的一次线圈并联在输电线路上，各分级电抗器均具有输入端和输出端，所有分级电抗器同向顺序串联形成电抗器串，该电抗器串并联在高阻抗变压器本体的二次线圈两端；所述每一组旁路断路器与晶闸管阀组并联后，一端连接电抗器串的输出端，另一端连接与其对应的分级电抗器的输入端。

3.如权利要求1所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，其特征在于：所述每套分级式可控并联电抗器的控制装置采用至少一台，当采用多台控制装置时，该多台控制装置之间为一主多备关系。

4.如权利要求1所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统，其特征在于：所述局域网配置为单网或双网，在双网模式下，当其中一个网络瘫痪时，所有信息经由另一个网络传递。

5.一种基于如权利要求1所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统的控制方法，其特征在于：所述分级式可控并联电抗器的控制装置采用一主多从结构，在同一时刻设置一套分级式可控并联电抗器的控制装置为主控，其余分级式可控并联电抗器的控制装置均为从控，所述主控负责判断、切换和分配逻辑，并且发出各套分级式可控并联电抗器的调档指令，而各从控接收主控下发的调档指令，根据指令执行对应的调档动作，未接收到主控下发的指令时不动作。

6.如权利要求5所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统的控制方法，其特征在于所述确定主控的方法是：采集各分级式可控并联电抗器的比较序列信号，并将前述所有比较序列信号进行比较，选择比较序列值大的分级式可控并联电抗器的控制装置作为主控。

7.如权利要求5所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统的控制方法，其特征在于：所述主控根据电压或无功的越限状况得出控制指令，根据各套分级式可控并联电抗器各自当前的档位以及可控状态，分配各套的调档级数；当前不允许调档或档位不满足要求的不给予调档指令，升档时让档位较低的优先升档，降档时让档位较高的优先降档。

8.如权利要求5所述的多套分级式可控并联电抗器协调控制系统的控制方法，其特征在于：每套分级式可控并联电抗器在调档后自行判断调档是否成功，若调档失败的设备为从控且调档失败不是发生在区内故障时，则该套设备对应的控制装置向主控发送调档失败信号，若调档失败发生在区内故障时，则调档失败信号不向外发送；所述主控综合多套分级式可控并联电抗器的调档失败信号，协调其它完好且仍有档位可调的分级式可控并联电抗器补充调档。

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