CN103986383A - 一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法及其控制系统，属于电力系统电压/无功动态控制技术领域；该方法包括输入控制参数和测量结果，根据电压控制点位置调整参数，计算每台发电机机端参考电压，根据得到的发电机机端电压参考值和修正量对发电机励磁系统进行控制。该系统包括压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块、电压设定值调整补偿模块、机端电压参考值计算模块和相位补偿环节模块；本发明具有很好的通用性，需要测量的参数少，参数配置灵活，调试的难度低等诸多优点。

Description

一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法及其控制系统

技术领域

本发明属于电力系统电压/无功动态控制技术领域，特别涉及一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法及其系统，通过控制发电机电压和无功功率输出，达到提高动态无功支撑能力和系统电压稳定性的目的。

背景技术

为了解决电力系统电压失稳这一重大技术难题，一方面要大力应用新型的动态无功补偿设备，如静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)等，另外一方面更要充分利用电网中分布最广、容量最大和应用最多的同步发电机动态无功容量。虽然新型的动态无功补偿设备在运行范围、可控性和响应速度上具有明显的优势，但是也有控制复杂、造价高昂等缺点；在电力系统的电压/无功动态控制中，发电机励磁控制一直发挥着关键的作用，所以应当首先利用发电机的动态电压/无功控制能力，将控制成本低廉、大容量的发电机动态无功储备作为支撑暂态电压的技术首选，以提高系统运行的经济性和安全性。发电机励磁控制的研究历史悠久、成果丰富，但既往研究多从稳定端电压、抑制低频振荡等角度出发，而电压控制的目标仅限于局部，较少从系统级暂态电压稳定性对动态无功的需求角度出发，往往造成发电机的无功储备未被充分激活利用。高压侧电压控制(HSVC)是一种很有潜力的控制方式，能够控制发电机外部(包括发电机升压变压器内部或线路)某一点的电压，国外已有一些公司研究开发了高压侧电压控制器，并进行了现场测试，国内也有学者也对发电机高压侧电压控制系统进行了理论和仿真研究，结果均表明这种控制方式有利于提高电压稳定性。但是现有关于HSVC的研究大多停留在单机无穷大系统，即机组层次，缺少针对电厂层次乃至系统层次的研究。考虑到现代电力系统中有众多发电厂，每个发电厂又有多台机组，机组层次的HSVC已不能满足实际的工程需求。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法及其控制系统，具有很好的通用性，需要测量的参数少，参数配置灵活，调试的难度低等诸多优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)输入控制参数和测量结果：测量结果为第i台发电机输出无功电流值I_qi，i＝1,2,…,N；控制参数包括第i台发电机和对应控制点之间的电抗ΔX_Ti，发电机升压变压器高压侧母线和对应控制点之间的电抗ΔX_L，第i台发电机的电压下降特性系数X_dri，第i台发电机无功电流设定值I_qi0，第i台发电机对应的控制点的电压设定值V_Hrefi，初始状况下第i台发电机对应的控制点的电压设定值V_Hrefi0，补偿电抗δX_i，相位补偿环节内部相关参数α,T₁,β,T₂,K,T₃；

2)根据电压控制点位置调整参数：

若电压控制点在变压器内部，有0＜ΔX_Ti＜X_Ti，ΔX_L＝0，δX_i＝0，若电压控制点在变压器外部，有ΔX_Ti＝X_Ti，0＜ΔX_L＜X_L，k为系数，其中N台发电机各自的升压变压器电抗分别为X_T1,X_T2,...,X_TN，i＝1,2,…,N，线路电抗为X_L；

3)计算每台发电机机端参考电压：

对电压控制点在变压器内部或线路上两种情况下发电机机端电压参考值的计算方法进行综合，得到统一的计算步骤如下：

31)计算每台发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落ΔV_i，i＝1,2,…,N：

32)计算每台发电机的机端电压下降特性引起的电压降落ΔV_droopi：

33)计算每台发电机的电流设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_Ai：

34)计算每台发电机的电压设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_Bi：

计算控制点电压设定值的改变：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔH}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}-V_{\mathrm{Href}10}\\ V_{\mathrm{Href}2}-V_{\mathrm{Href}20}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{HrefN}}-V_{\mathrm{HrefN}0}\end{array}\right]---\left(4\right)$

控制点电压设定值变化引起的无功电流的变化：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔI}}_{q1}\\ {\mathrm{\ΔI}}_{q2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{qN}}\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，A为矩阵，其计算：

控制点电压设定值变化导致无功电流变化引起的电压降落ΔV_Bi：

35)根据31)-34)中结果计算发电机机端电压参考值V_grefi：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{gref}1}\\ V_{\mathrm{gref}2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{grefN}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}\\ V_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_1\\ {\mathrm{\ΔV}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔV}}_N\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{droop}1}-{\mathrm{\ΔV}}_{A1}-{\mathrm{\ΔV}}_{B1}\\ {\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{droop}2}-{\mathrm{\ΔV}}_{A2}-{\mathrm{\ΔV}}_{B2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{droopN}}-{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{AN}}-{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BN}}\end{array}\right]---\left(8\right)$

36)计算发电机机端电压参考值的修正量ΔV_grefi：

发电机机端电压参考值V_grefi经过相位补偿得到修正量ΔV_grefi，相位补偿由超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节这3个环节串联组成；

其中，超前校正网络的传递函数表示为：

$G_1\left(s\right)=\frac{1+\mathrm{\α}{T}_{1}s}{1+T_{1}s}(\mathrm{\α}>1)---\left(9\right)$

滞后校正网络的传递函数表示为：

$G_2\left(s\right)=\frac{1+\mathrm{\&beta;}{T}_{2}s}{1+T_{2}s}(\mathrm{\&beta;}<1)---\left(10\right)$

一阶惯性环节的传递函数表示为：

$G_3\left(s\right)=\frac{K}{1+T_{3}s}---\left(11\right)$

4)根据得到的发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi对发电机励磁系统进行控制：

将发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi相加得到的值传到发电机的励磁系统，作为励磁系统的电压参考值，以控制发电机电压和无功功率输出，以实现充分利用发电机动态无功储备和提高暂态电压稳定性。

一种发电厂高压侧无功-电压综合控制系统，其特征在于，该系统包括压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块、电压设定值调整补偿模块、机端电压参考值计算模块和相位补偿环节模块；压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块的各输入端与所需测量值和设定值相连；压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块的各输出端分别与机端电压参考值计算模块的输入端相连，机端电压参考值计算模块的输出端与N个相位补偿环节模块的输入端相连，N个相位补偿环节模块的输出端分别与N个发电机励磁系统的输入端相连；其中压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块根据给定参数和测量结果计算出中间变量，中间变量和给定参数再输入到机端电压参考值计算模块，计算出机端电压参考值，机端电压参考值经过相位补偿环节得到修正量，该修正量与机端电压参考值相加，最后的结果作为发电机励磁系统的输入；

所述压降计算模块用于计算发电机电流经过发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落；

所述调压特性模块的作用是模拟发电机的机端电压下降特性；

所述电流设定值调整补偿模块是为了使发电机无功电流等于设定值时被控点实际电压等于设定电压而引入的补偿量，这样可以在发电机无功电流较大时也能保持被控点电压在较高值；

所述电压设定值调整补偿模块的作用是补偿控制点电压设定值发生变化而引起发电机无功电流的改变；

所述机端电压参考值计算模块用于计算发电机机端电压的参考值，输出到发电机的励磁系统；

所述相位补偿环节模块采用包括超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节中的任意一种，可以选择合适的参数来决定相位补偿环节的功能，改善稳态或动态性能。

本发明的特点及有益效果：

1、具有很好的通用性，具体表现于：a)适用于单台发电机和有多台发电机的发电机组；b)适用于各种发电机励磁系统。

2、需要测量的参数少，只需要测量机组输出无功功率和机端电压(求得发电机输出的无功电流)，其余的参数均可根据需要自行设置。

3、灵活的参数配置，如相位补偿环节可以采用两种或更多的传递函数，可以通过改变电压控制点在变压器内部或外部、调节控制点电压参考值、调节发电机电压下降特性等方法来达到不同的控制目的。

4、本系统可用作发电机高压侧无功-电压控制的外环控制器，内环控制器是发电机原有的励磁系统，其模型和参数均无需变化，减少了调试的难度。

附图说明

图1为采用本发明系统的控制方法流程框图；

图2为基于本发明方法的系统结构组成框图；

图3为本发明的系统实施例结构框图。

具体实施方式

本发明提出的一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法及其系统结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的提出的发电厂高压侧无功-电压综合控制方法控制方法，具体流程如图2所示，包括以下步骤：

1)输入控制参数和测量结果：测量结果为第i台发电机输出无功电流值I_qi，i＝1,2,…,N；控制参数包括第i台发电机和对应控制点之间的电抗ΔX_Ti，发电机升压变压器高压侧母线和对应控制点之间的电抗ΔX_L，第i台发电机的电压下降特性系数X_dri，X_dri的取值一般在0.01-0.05之间，第i台发电机无功电流设定值I_qi0，推荐I_qi0设为额定运行状态下的无功电流值，第i台发电机对应的控制点的电压设定值V_Hrefi，一般设置为1.0-1.04(标幺值)，初始状况下第i台发电机对应的控制点的电压设定值V_Hrefi0，设置为1.0(标幺值)，补偿电抗δX_i，相位补偿环节内部相关参数α,T₁,β,T₂,K,T₃(由选用的设备给定)。

2)根据电压控制点位置调整参数：

(本发明可以控制发电机升压变压器内部一点或线路上一点的电压)若电压控制点在变压器内部，有0＜ΔX_Ti＜X_Ti，ΔX_L＝0，δX_i＝0，ΔX_Ti典型值在0.5X_Ti～0.9X_Ti之间，一般取0.8X_Ti；若电压控制点在变压器外部，有ΔX_Ti＝X_Ti，0＜ΔX_L＜X_L，系数k可取一个较小的值，如0.01，ΔX_L建议取值在0～0.5X_L。其中N台发电机各自的升压变压器电抗分别为X_T1,X_T2,...,X_TN，i＝1,2,…,N，线路电抗为X_L。

3)计算每台发电机机端参考电压：

对电压控制点在变压器内部或线路上两种情况下发电机机端电压参考值的计算方法进行综合(部分参数的取值不同)，得到统一的计算步骤如下：

31)计算每台发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落ΔV_i，i＝1,2,…,N：

32)计算每台发电机的机端电压下降特性引起的电压降落ΔV_droopi：

33)计算每台发电机的电流设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_Ai：

34)计算每台发电机的电压设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_Bi：

计算控制点电压设定值的改变：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;H}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}-V_{\mathrm{Href}10}\\ V_{\mathrm{Href}2}-V_{\mathrm{Href}20}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{HrefN}}-V_{\mathrm{HrefN}0}\end{array}\right]---\left(4\right)$

控制点电压设定值变化引起的无功电流的变化：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;I}}_{q1}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{qN}}\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，A为矩阵，其计算：

控制点电压设定值变化导致无功电流变化引起的电压降落ΔV_Bi：

35)根据31)-34)中结果计算发电机机端电压参考值V_grefi：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{gref}1}\\ V_{\mathrm{gref}2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{grefN}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}\\ V_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_N\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}1}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A1}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}2}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A2}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droopN}}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{AN}}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BN}}\end{array}\right]---\left(8\right)$

36)计算发电机机端电压参考值的修正量ΔV_grefi：

发电机机端电压参考值V_grefi经过相位补偿得到修正量ΔV_grefi，相位补偿由超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节这3个环节串联组成(可以通过选择合适的参数来使用或不使用其中某一环节)，

其中，超前校正网络的传递函数可表示为：

$G_1\left(s\right)=\frac{1+\mathrm{\&alpha;}{T}_{1}s}{1+T_{1}s}(\mathrm{\&alpha;}>1)---\left(9\right)$

滞后校正网络的传递函数可表示为：

$G_2\left(s\right)=\frac{1+\mathrm{\&beta;}{T}_{2}s}{1+T_{2}s}(\mathrm{\&beta;}<1)---\left(10\right)$

一阶惯性环节的传递函数可表示为：

$G_3\left(s\right)=\frac{K}{1+T_{3}s}---\left(11\right)$

相位补偿可在G₁(s)、G₂(s)和G₃(s)中选择，若只选择G₁(s)，α＝10，T₁＝0.06s，则相位补偿为超前相位补偿；若只选择G₂(s)，β＝0.1，T₂＝0.6s，则相位补偿为滞后相位补偿；若只选择G₃(s)，则相位补偿为一阶惯性环节，当K＝1，T₂＝0时为不进行相位补偿；

4)根据得到的发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi对发电机励磁系统进行控制：

将发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi相加得到的值传到发电机的励磁系统，作为励磁系统的电压参考值，以控制发电机电压和无功功率输出，以实现充分利用发电机动态无功储备和提高暂态电压稳定性。

本发明提出的上述方法的实施例说明如下：

以一个有4台发电机组的发电厂为例来说明本发明的实现，以下参数中的下标1-4分别对应4台发电机，包括以下步骤：

1)参数输入：

参数输入包括测量结果和控制参数的输入。

测量结果为4台发电机输出无功电流值，分别为I_q1,I_q2,I_q3,I_q4。

控制参数包括各发电机和对应控制点之间的电抗ΔX_T1,ΔX_T2,ΔX_T3,ΔX_T4；发电机升压变压器高压侧母线和对应控制点之间的电抗ΔX_L；每台发电机的电压下降特性系数X_dr1,X_dr2,X_dr3,X_dr4，均取0.05；每台发电机无功电流设定值I_q10,I_q20,I_q30,I_q40，均取0.5(标幺值)；每台发电机对应的控制点的电压设定值V_Href1,V_Href2,V_Href3,V_Href4，均设为1.02(标幺值)；初始状况下每台发电机对应的控制点的电压设定值V_Href10,V_Href20,V_Href30,V_Href40，设置为1.0(标幺值)，补偿电抗δX_i，相位补偿环节内部相关参数α,T₁,β,T₂,K,T₃。2)根据电压控制点位置调整参数：

本实施例中，以电压控制点在变压器外部的线路上为例，有ΔX_Ti＝X_Ti，0＜ΔX_L＜X_L，i＝1,2,3,4。系数k取0.01，ΔX_L取值为0.2X_L。其中4台发电机各自的升压变压器电抗分别为X_T1,X_T2,X_T3,X_T4，线路电抗为X_L，电抗数值可由厂商提供或实测得到。

3)计算每台发电机机端参考电压：

31)计算每台发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落ΔV

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_2\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_3\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{X}_{T1}+{0.5X}_L\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Sigma;I}}_q}{I_{q1}}& & & \\ & X_{T2}+{0.5X}_L\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Sigma;I}}_q}{I_{q2}}& & \\ & & X_{T2}+{0.5X}_L\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Sigma;I}}_q}{I_{q3}}& \\ & & & X_{T4}+{0.5X}_L\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Sigma;I}}_q}{I_{q4}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{q1}\\ I_{q2}\\ I_{q3}\\ I_{q4}\end{array}\right]$

32)计算每台发电机的机端电压下降特性引起的电压降落ΔV_droop

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}2}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}3}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{X}_{\mathrm{dr}1}& & & \\ & X_{\mathrm{dr}2}& & \\ & & X_{\mathrm{dr}3}& \\ & & & X_{\mathrm{dr}4}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{q1}\\ I_{q2}\\ I_{q3}\\ I_{q4}\end{array}\right]$

33)计算每台发电机的电流设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_A

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{A1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{A2}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{A3}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{A4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{X}_{\mathrm{dr}1}& & & \\ & X_{\mathrm{dr}2}& & \\ & & X_{\mathrm{dr}3}& \\ & & & X_{\mathrm{dr}4}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{q10}\\ I_{q20}\\ I_{q30}\\ I_{q40}\end{array}\right]$

34)计算每台发电机的电压设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_B计算控制点电压设定值的改变：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}2}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}3}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}-V_{\mathrm{Href}10}\\ V_{\mathrm{Href}2}-V_{\mathrm{Href}20}\\ V_{\mathrm{Href}3}-V_{\mathrm{Href}30}\\ V_{\mathrm{Href}4}-V_{\mathrm{Href}40}\end{array}\right]$

控制点电压设定值变化引起的无功电流的变化：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;I}}_{q1}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q2}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q3}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q4}\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}2}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}3}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}4}\end{array}\right]$

式中，A为矩阵，其计算：

$A=\left[\begin{array}{cccc}{X}_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L+{\mathrm{\&delta;X}}_1& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L\\ X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L+{\mathrm{\&delta;X}}_2& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L\\ X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L+{\mathrm{\&delta;X}}_3& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L\\ X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L& X_L-{\mathrm{\&Delta;X}}_L+{\mathrm{\&delta;X}}_4\end{array}\right]$

控制点电压设定值变化引起的无功电流的变化对电压的贡献ΔV_B：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{B1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{B2}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{B3}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{B4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{X}_{\mathrm{dr}1}& & & \\ & X_{\mathrm{dr}2}& & \\ & & X_{\mathrm{dr}3}& \\ & & & X_{\mathrm{dr}4}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;I}}_{q1}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q2}\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_{q3}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q4}\end{array}\right]$

35)根据31)-34)中结果计算发电机机端电压参考值V_gref

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{gref}1}\\ V_{\mathrm{gref}2}\\ V_{\mathrm{gref}3}\\ V_{\mathrm{gref}4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}\\ V_{\mathrm{Href}2}\\ V_{\mathrm{Href}3}\\ V_{\mathrm{Href}4}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_2\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_3\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_4\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}1}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A1}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}2}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A2}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B2}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}3}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A3}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B3}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}4}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A4}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B4}\end{array}\right]$

36)计算发电机机端电压参考值的修正量ΔV_gref

发电机机端电压参考值V _gref经过相位补偿得到修正量ΔV_gref，相位补偿由超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节这3个环节串联组成，可以通过选择合适的参数来使用或不使用某一环节。

如式(9)-(11)所示，相位补偿可在G₁(s)、G₂(s)和G₃(s)中选择，本实施例中只选择G₁(s)，α＝10，T₁＝0.06s，则相位补偿为超前相位补偿。

4)根据得到的发电机机端电压参考值V_gref和修正量ΔV_gref对发电机励磁系统进行控制：

将发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi(i＝1,2,3,4)相加得到的值传到4台发电机的励磁系统，作为励磁系统的电压参考值。

本发明提出的一种基于上述方法的发电厂高压侧无功-电压综合控制系统，如图2所示，该系统包括压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块、电压设定值调整补偿模块、机端电压参考值计算模块和相位补偿环节模块；压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块的各输入端与所需测量值和设定值相连；压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块的各输出端分别与机端电压参考值计算模块的输入端相连，机端电压参考值计算模块的输出端与N个相位补偿环节模块的输入端相连，N个相位补偿环节模块的输出端分别与N个发电机励磁系统的输入端相连；其中压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块根据给定参数和测量结果计算出中间变量，中间变量和给定参数再输入到机端电压参考值计算模块，计算出机端电压参考值，机端电压参考值经过相位补偿环节得到修正量，该修正量与机端电压参考值相加，最后的结果作为发电机励磁系统的输入。

所述压降计算模块用于计算发电机电流经过发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落。

所述调压特性模块的作用是模拟发电机的机端电压下降特性。

所述电流设定值调整补偿模块是为了使发电机无功电流等于设定值时被控点实际电压等于设定电压而引入的补偿量，这样可以在发电机无功电流较大时也能保持被控点电压在较高值。

所述电压设定值调整补偿模块的作用是补偿控制点电压设定值发生变化而引起发电机无功电流的改变。

所述机端电压参考值计算模块用于计算发电机机端电压的参考值，输出到发电机的励磁系统。

所述相位补偿环节模块采用包括超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节中的任意一种，可以选择合适的参数来决定相位补偿环节的功能，改善稳态或动态性能。

上述系统可在ARM处理器或MSP430单片机中实现。测量各台发电机的无功电流大小，经过采样保持电路输入到ARM处理器或MSP430单片机，经过A/D转换器将数字量给到ARM处理器或MSP430单片机的运算器，并将设置的参数输入到运算器，完成发电机机端电压参考值的计算，经过D/A转换器后，将模拟量输出到发电机励磁系统。

本发明中，各部件的结构和连接方式都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

本发明的一种发电厂高压侧无功-电压综合控制系统的具体实施方式如图3所示，本实施例包括采样保持电路和主控微控制单元(MCU)，其中N个采样保持电路(可选用LF398)的输入端为N台发电机的无功电流，输出端接到主控MCU(可以选择ARM处理器或MSP430单片机)，在主控MCU内部经过A/D转换器给到运算器，运算器由压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块、电压设定值调整补偿模块、机端电压参考值计算模块和相位补偿环节模块组成，均可在主控MCU中用编程的方法实现，控制参数ΔX_Ti,ΔX_L,X_dri,I_qi0,V_Hrefi,V_Hrefi0,δX_i,α,T₁,β,T₂,K,T₃也在运算器程序中给定。运算器的计算结果为N台发电机的机端电压参考值，经过D/A转换给到N台发电机的励磁系统。考虑到发电厂实际运行情况与理论计算模型存在着一定的差异，控制系统中一些重要的控制参数(控制点的选择、电压参考值的设定、增益、时间常数等)往往需要经过一定的调试和投运试验予以修正，以满足实际运行的需要。

Claims (2)

1.一种发电厂高压侧无功-电压综合控制方法控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)输入控制参数和测量结果：测量结果为第i台发电机输出无功电流值I_qi，i＝1,2,…,N；控制参数包括第i台发电机和对应控制点之间的电抗ΔX_Ti，发电机升压变压器高压侧母线和对应控制点之间的电抗ΔX_L，第i台发电机的电压下降特性系数X_dri，第i台发电机无功电流设定值I_qi0，第i台发电机对应的控制点的电压设定值V_Hrefi，初始状况下第i台发电机对应的控制点的电压设定值V_Hrefi0，补偿电抗δX_i，相位补偿环节内部相关参数α,T₁,β,T₂,K,T₃；

2)根据电压控制点位置调整参数：

若电压控制点在变压器内部，有0＜ΔX_Ti＜X_Ti，ΔX_L＝0，δX_i＝0，若电压控制点在变压器外部，有ΔX_Ti＝X_Ti，0＜ΔX_L＜X_L，k为系数，其中N台发电机各自的升压变压器电抗分别为X_T1,X_T2,...,X_TN，i＝1,2,…,N，线路电抗为X_L；

3)计算每台发电机机端参考电压：

对电压控制点在变压器内部或线路上两种情况下发电机机端电压参考值的计算方法进行综合，得到统一的计算步骤如下：

31)计算每台发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落ΔV_i，i＝1,2,…,N：

32)计算每台发电机的机端电压下降特性引起的电压降落ΔV_droopi：

33)计算每台发电机的电流设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_Ai：

34)计算每台发电机的电压设定值调整补偿引起的电压降落ΔV_Bi：

计算控制点电压设定值的改变：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;H}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}-V_{\mathrm{Href}10}\\ V_{\mathrm{Href}2}-V_{\mathrm{Href}20}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{HrefN}}-V_{\mathrm{HrefN}0}\end{array}\right]---\left(4\right)$

控制点电压设定值变化引起的无功电流的变化：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;I}}_{q1}\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{q2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{qN}}\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，A为矩阵，其计算：

控制点电压设定值变化导致无功电流变化引起的电压降落ΔV_Bi：

35)根据31)-34)中结果计算发电机机端电压参考值V_grefi：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{gref}1}\\ V_{\mathrm{gref}2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{grefN}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Href}1}\\ V_{\mathrm{Href}2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{\mathrm{HrefN}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_1\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_N\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}1}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A1}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B1}\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droop}2}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{A2}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{B2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{droopN}}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{AN}}-{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BN}}\end{array}\right]---\left(8\right)$

36)计算发电机机端电压参考值的修正量ΔV_grefi：

发电机机端电压参考值V_grefi经过相位补偿得到修正量ΔV_grefi，相位补偿由超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节这3个环节串联组成；

其中，超前校正网络的传递函数表示为：

$G_1\left(s\right)=\frac{1+\mathrm{\&alpha;}{T}_{1}s}{1+T_{1}s}(\mathrm{\&alpha;}>1)---\left(9\right)$

滞后校正网络的传递函数表示为：

$G_2\left(s\right)=\frac{1+\mathrm{\&beta;}{T}_{2}s}{1+T_{2}s}(\mathrm{\&beta;}<1)---\left(10\right)$

一阶惯性环节的传递函数表示为：

$G_3\left(s\right)=\frac{K}{1+T_{3}s}---\left(11\right)$

4)根据得到的发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi对发电机励磁系统进行控制：

将发电机机端电压参考值V_grefi和修正量ΔV_grefi相加得到的值传到发电机的励磁系统，作为励磁系统的电压参考值，以控制发电机电压和无功功率输出，以实现充分利用发电机动态无功储备和提高暂态电压稳定性。

2.一种发电厂高压侧无功-电压综合控制系统，其特征在于，该系统包括压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块、电压设定值调整补偿模块、机端电压参考值计算模块和相位补偿环节模块；压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块的各输入端与所需测量值和设定值相连；压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块的各输出端分别与机端电压参考值计算模块的输入端相连，机端电压参考值计算模块的输出端与N个相位补偿环节模块的输入端相连，N个相位补偿环节模块的输出端分别与N个发电机励磁系统的输入端相连；其中压降计算模块、调压特性模块、电流设定值调整补偿模块和电压设定值调整补偿模块根据给定参数和测量结果计算出中间变量，中间变量和给定参数再输入到机端电压参考值计算模块，计算出机端电压参考值，机端电压参考值经过相位补偿环节得到修正量，该修正量与机端电压参考值相加，最后的结果作为发电机励磁系统的输入；

所述压降计算模块用于计算发电机电流经过发电机机端到被控点之间的电抗引起的电压降落；

所述调压特性模块的作用是模拟发电机的机端电压下降特性；

所述电流设定值调整补偿模块是为了使发电机无功电流等于设定值时被控点实际电压等于设定电压而引入的补偿量，这样可以在发电机无功电流较大时也能保持被控点电压在较高值；

所述电压设定值调整补偿模块的作用是补偿控制点电压设定值发生变化而引起发电机无功电流的改变；

所述机端电压参考值计算模块用于计算发电机机端电压的参考值，输出到发电机的励磁系统；

所述相位补偿环节模块采用包括超前校正网络、滞后校正网络和一阶惯性环节中的任意一种，可以选择合适的参数来决定相位补偿环节的功能，改善稳态或动态性能。