CN103999315B - 用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和svc的经协调的控制方法及其控制器 - Google Patents

用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和svc的经协调的控制方法及其控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器。该方法包括：测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及，计算基于所述工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。所提出的方法和经协调的控制器能够使SVC分担发电厂所需要的无功功率输出，将发电机转换为“单位功率因数发电机”，因而扩展发电厂的有功功率输出容量。

Description

用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及 其控制器
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，更具体地，涉及用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC(静态无功补偿器)的协调控制方法及其控制器。
背景技术
随着电力负荷的持续增长，需要相应地扩大发电容量，以总能达到发电和用电之间的平衡。对于现有的发电厂以及新的发电厂来说，总是期望能够充分地利用发电设施。
为了实现该目标，行业内最常采用的方式是为发电厂的大规模辅助电机安装变频驱动，这有助于大幅降低厂用电(in-house)负载。另一种解决方案是降低厂用电系统的无功功率消耗，这也使发电机在产生更多有功功率的同时仍然向电网保持相同水平的无功功率支持。然而，厂用电系统仅占发电容量的一小部分，例如对于火力发电厂大约占10％，这在提高发电厂有功功率输出容量方面限制了上述方案的潜在贡献。
本发明从发电机的视角提出实现这一目标的新的技术方案，即，在发电侧安装SVC，以分担发电厂所要求的无功功率输出。现有技术中已经公开了主要的电路拓扑，例如2011年1月21日提交的标题为“用于提高热力发电厂中发电的方法和装置(Method and Apparatus forImproving Power Generation in a Thermal Power Plant)”的PCT申请：PCT/US2011/181044。以下，通过引用将前述专利申请合并于此。
通过对发电机和SVC进行操作，控制发电机的功率因数来提高发电厂的有功功率容量，这至少需要解决三个问题：
利用协调控制器获得的控制基准取决于多个因素，例如，主电路拓扑、发电机和SVC所采用的本地控制等等。然而，当前尚无现有技术提及如何通过考虑不同的可能的因素来确保所设计的协调控制器能够通用化。
SVC所要求的无功功率输出随着连接到该SVC的发电机和电力系统的工作状况而改变。尚无现有技术提及如何确定SVC的工作点以使发电机在整个工作范围内以单位功率因数进行运行。
要解决的第三个问题是如何确保协调控制器的性能，主要指以下两方面：基于可获得的信息保证控制的精确度，以及实现快速响应速度而不影响发电机的稳定工作。
由于上述问题，本发明中提出用于协调发电机和SVC的控制方法及控制器，以提高发电厂的有功功率生产量。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器；该控制方法和控制器使得SVC能够分担发电厂所需要的无功功率输出，将发电机转换为“单位功率因数发电机”，因此扩展发电厂的有功功率输出容量。
根据本发明的一个方面，本发明提出用于提升发电厂的有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。该经协调的控制方法包括：测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断系统拓扑和SVC控制模式，以确定工作模式；以及计算基于所述工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。
根据本发明优选的实施例，工作模式可以分成四种类型；其中第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行电压控制；以及第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。
根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括：根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算SVC无功功率基准QSVC *；根据发电机有功功率基准PGen *、以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *，以及将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括：根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *、发电机变压器高压侧电压基准VH *，以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率输出基准QSVC *，以及将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括：根据发电机变压器低压侧电压基准VL *设定发电机端电压基准VGen *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和发电机端电压基准VGen *计算SVC无功功率基准QSVC *，以及将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括：根据发电机变压器高压侧电压基准VH *设定SVC电压基准VSVC *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和SVC电压基准VSVC *计算发电机端电压基准VGen *，以及将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括：根据发电机变压器低压侧电压基准VL *设定发电机端电压基准VGen *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和发电机端电压基准VGen *计算SVC电压基准VSVC *，以及将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括：根据发电机有功功率基准PGen*、以及发电机变压器高压侧电压基准VH*计算SVC电压基准VSVC*；根据发电机有功功率基准PGen*、发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准VGen*；以及将VSVC*发送到SVC本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括：根据发电机变压器低压侧电压基准VL*设定SVC电压基准VSVC*；根据发电机变压器低压侧电压基准VL*设定发电机端电压基准VGen*；以及将VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中发电机端电压基准VGen*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的发电机侧反馈分量。
根据本发明优选的实施例，其中SVC无功功率基准QSVC*和/或SVC电压基准VSVC*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的SVC侧反馈分量。
根据本发明优选的实施例，其中用于第四种类型的工作模式的发电机端电压基准VGen*还可以包括通过发电机无功功率下垂控制器计算的发电机侧下垂分量。
根据本发明优选的实施例，其中用于第四种类型的工作模式的SVC电压基准VSVC*还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器计算的SVC侧下垂分量。
根据本发明的其它方面，本发明还提供一种用于控制发电机和SVC的经协调的控制器。经协调的控制器包括：测量模块，其被配置为测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断模块，其被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及计算模块，其被配置为计算基于所述选择的工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。
根据本发明优选的实施例，其中，工作模式可以被划分为四种类型；其中第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行电压控制；以及第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。
根据本发明优选的实施例，其中，在第一种类型的工作模式中，计算模块还被配置为：根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC无功功率基准QSVC*；根据发电机有功功率基准PGen*、发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准VGen*，以及发送模块被配置为将QSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第二种类型的工作模式中，计算模块还被配置为：根据发电机有功功率根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *、发电机变压器高压侧电压基准VH *，以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率输出基准QSVC *，以及发送模块被配置为将QSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准VL*设定发电机端电压基准VGen*；计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*、以及发电机端电压基准VGen*，计算SVC无功功率基准QSVC*；以及发送模块被配置为将QSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器高压侧电压基准VH*设定SVC电压基准VSVC*；计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*以及SVC电压基准VSVC*，计算发电机端电压基准VGen*；以及发送模块被配置为将VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准VL*设定发电机端电压基准VGen*；计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*、以及发电机端电压基准VGen*，计算SVC电压基准VSVC*；以及发送模块被配置为将VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，计算模块还被配置为：根据发电机有功功率基准PGen*和发电机变压器高压侧电压基准VH*计算SVC电压基准VSVC*；根据发电机有功功率基准PGen*和发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准VGen*；以及发送模块被配置为将VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，设定模块还被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准VL*设定SVC电压基准VSVC*；根据发电机变压器低压侧电压基准VL*设定发电机端电压基准VGen*；以及发送模块被配置为将VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
根据本发明优选的实施例，发电机端电压基准VGen*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的发电机侧反馈分量。
根据本发明优选的实施例，SVC无功功率基准QSVC*和/或SVC电压基准VSVC*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的SVC侧反馈分量。
根据本发明优选的实施例，用于第四种类型的工作模式的发电机端电压基准VGen*还可以包括通过发电机无功功率下垂控制器计算的发电机侧下垂分量。
根据本发明优选的实施例，用于第四种类型的工作模式的SVC电压基准VSVC*还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器计算的SVC侧下垂分量。
根据本发明的另一方面，本发明提出具有静态无功补偿器(SVC)的发电厂。该发电厂包括：至少一个发电机单元和对应的发电机变压器，该至少一个发电机单元和对应的发电机变压器在发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；其中发电机被连接到发电机变压器的低压侧；至少一个SVC，该至少一个SVC能够被连接到发电机变压器的高压侧或低压侧；以及协调的控制器，该协调的控制器根据上述实施例中的任一个控制SVC的电压和/或无功功率以及发电机单元的电压和/或无功功率。
根据本发明优选的实施例，SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。
根据本发明优选的实施例，发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；以及SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
根据本发明优选的实施例，协调的控制器与发电机单元和SVC的本地控制器相接口。
本发明的实施例提供用于协调发电机和SVC以提高发电厂有功功率生产量的方法及其控制器，该方法和控制器将SVC安装在发电机侧以充分利用发电设施，因而提高发电厂的有功功率生产量容量。
附图说明
以下描述将参考优选的示例实施例更详细地说明本发明的主题，在附图中图示出所述示例实施例，其中：
图1A图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC和SVC变压器一起安装在发电机变压器的低压(LV)侧；
图1B图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC安装在发电机变压器的LV侧，而不含SVC变压器；
图1C图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC和SVC变压器一起安装在发电机变压器的高压(HV)侧；
图1D图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC安装在发电机变压器的HV侧，而不含SVC变压器；
图2图示在SVC被安装在发电机变压器的LV侧情况下的等效电路；
图3图示SVC被连接到发电机变压器的HV侧情况下的等效电路；
图4图示根据本发明优选实施例的经协调的发电机和SVC控制系统图；
图5图示根据本发明另一优选实施例的经协调的发电机和SVC控制系统图；
图6图示根据本发明的实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
图7图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
图8图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
图9图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；以及
图10图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的示例实施例。为清楚和简要起见，说明书中未描述实际实现的全部特征。
在对本发明所提出的方法进行说明之前，为了更好地理解创新性，简要地说明用于操作两个设备的现有方法。
图1图示出在发电厂的发电机侧安装SVC的四种类型的主电路拓扑，其中，在图1A中SVC与SVC变压器一起在发电机变压器的LV侧；在图1B中SVC在发电机变压器的LV侧，而不含SVC变压器；在图1C中SVC与SVC变压器一起在发电机变压器的HV侧；在图1D中SVC在发电机变压器的HV侧，而不含SVC变压器。
如图1所示，SVC可以连接到发电机变压器的低压侧(即图1A和图1B)或发电机变压器的高压侧(即图1C和图1D)。
对于SVC在发电机变压器的LV侧的拓扑来说，可以省略SVC变压器，因为发电机的端电压通常在10～20kV的范围内。但为了抑制来自SVC的谐波，发电机变压器可能要求专门的设计。对于SVC在发电机变压器的HV侧的拓扑来说，为了匹配发电机变压器高压侧电压(对于大规模的火电发电厂，通常为220～500kV)，通常需要SVC变压器。但是随着SVC的发展，图1D所示的拓扑方式也是实际可行的方式。
如图1所图示，通过安装SVC，发电机能够以单位功率因数工作，从而增大发电厂的有功功率容量。然而，应该注意，在这四种拓扑情况下，实现相同目标所要求的来自SVC的无功功率输出是不同的。以下将介绍确定SVC的工作点以实现发电机以单位功率因数(或任何所需的功率因数)进行工作的详细内容：
图2图示SVC安装在发电机变压器的LV侧的情况下的等效电路。
在SVC连接到发电机变压器的LV侧的情况下，图2示出系统的等效电路，其中PGen和QGen是来自发电机的有功功率输出和无功功率输出；QSVC是来自SVC的无功功率输出；QG是流经发电机变压器的总无功功率，QG＝QGen+QSVC；XT和XS分别表示发电机变压器的电抗和输电系统的等效电抗；VGen和VL分别表示发电机端电压和发电机变压器低压侧电压，VGen＝VL；VS表示大容量电力系统的戴维南等效电压。
考虑该等效电路，发电机变压器的低压侧的有功功率和无功功率可以表达为(1)，其中δ表示发电机变压器LV总线电压相对于大容量电力系统电压的相位角。
P Gen = V L V S X T + X S sin δ Q G = V L 2 X T + X S - V L V S X T + X S cos δ - - - ( 1 )
由于无功功率QG的表达式可以如下获得：
Q G = V L 2 - V L 2 V S 2 - P Gen 2 ( X T + X S ) T X T + X S - - - ( 2 )
考虑到QG＝QGen+QSVC，为了完全补偿来自发电机的无功功率输出，可以得到
Q SVC = Q G = V L 2 - V L 2 V S 2 - P Gen 2 ( X T + X S ) 2 X T + X S - - - ( 3 )
图3图示出SVC连接到发电机变压器的HV侧的情况下的等效电路。如图3所示，来自SVC的无功功率输出可以分成两部分，QSVC＝QHG+QHS，其它参数定义和图2相同。
如果仅考虑发电机变压器的LV总线与HV总线之间的功率流，我们可以获得无功功率QGen的表达式如下：
Q Gen = V L 2 - V L 2 V H 2 - P Gen 2 X T 2 X T - - - ( 4 )
为了完全补偿来自变压器的无功功率输出，QGen应该等于0，即，发电机和发电机变压器之间没有无功功率交换，这意味着发电机变压器的无功功率需求应该被QHG抵消掉。因此，我们得到：
Q HG = P Gen 2 X T V L 2 - - - ( 5 )
此外，通过将等式(4)中的QGen设定为0，我们可以得到VH值的封闭形式的表达式，为了使发电机工作于单位功率因数，SVC必须调节到该VH值。这个表达式为：
V H = V L 2 ( P Gen X T V L ) 2 - - - ( 6 )
利用VH的表达式，我们可以计算发电机变压器的HV总线和电源之间的功率流，因此获得无功功率QHS的表达式：
Q HS = V H 2 - V H 2 V S 2 - P Gen 2 X S 2 X S - - - ( 7 )
将(6)的结果代入到(7)，我们得到：
Q HS = ( V L 2 + P Gen 2 X T 2 V L 2 ) - V S 2 ( V L 2 + P Gen 2 X T 2 V L 2 ) - P Gen 2 X S 2 X S - - - ( 8 )
由于QSVC＝QHG+QHS，在该拓扑下SVC输出的总无功功率为：
Q SVC = P Gen 2 X T V L 2 + ( V L 2 + P Gen 2 X T 2 V L 2 ) - V S 2 ( V L 2 + P Gen 2 X T 2 V L 2 ) - P Gen 2 X S 2 X S - - - ( 9 )
基于上述分析，考虑到SVC的不同的控制目标，主要有两种类型的控制方法。
SVC无功控制:
图4图示出根据本发明的优选实施例的发电机和SVC的经协调的控制系统图。
如图4所示，SVC处于无功控制模式。调速器(governor)根据有功功率基准PGen *或发电机速度基准ωGen *对来自汽轮机的机械功率输出进行调节；励磁(excitation)和PSS根据电压基准VGen *来调节励磁电压；SVC调节器基于主电路拓扑及其控制模式，并且根据表1中限定的基准和测量值，来调节其端口无功功率输出。
应该理解，可以根据发电厂工作策略通过高级别控制器或手动控制器给出发电机电压基准。本领域技术人员可以使用结合了前馈控制与反馈控制的控制方法来产生QSVC *。
SVC电压控制：
图5图示根据本发明的另一优选实施例的发电机和SVC的经协调的控制系统图。
如图5所示，SVC处于电压控制模式。调速器根据有功功率基准PGen *或发电机速度基准ωGen *来调节来自汽轮机的机械功率输出；励磁和PSS根据电压基准VGen *来调节励磁电压；SVC调节器基于主电路拓扑及其控制模式，并且根据表1中限定的基准和测量值，来调节其端电压。
本领域技术人员知道，可以根据发电厂工作策略通过高级别控制器或手动控制器给出发电机电压基准。应该注意，可以使用结合了前馈控制与反馈控制的控制方法来产生VSVC *。
表1经协调的发电机+SVC控制器的定义
图6图示根据本发明的实施例的用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
如图6所示，该经协调的控制方法包括：
步骤602，测量发电机和SVC控制所要求的输入参数。
步骤604，判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式。所述工作模式可以分成四种类型；其中，第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，SVC执行电压控制；第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，SVC执行电压控制。
步骤606，基于工作模式来计算控制基准，以控制发电机和/或SVC。
图7图示根据本发明的另一优选实施例的用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
如图7所示，经协调的控制方法包括步骤702-710，其中步骤702和步骤602相同。
步骤704，判断系统拓扑和SVC的控制模式，并确定工作模式是第一种类型：SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制。
步骤706，根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算SVC无功功率基准QSVC *。
步骤708，根据发电机有功功率基准PGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *。
步骤710，将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
图8图示根据本发明的另一优选实施例的用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
如图8所示，该经协调的控制方法包括步骤802-810，其中步骤802与步骤702相同。
步骤804，判断系统拓扑和SVC的控制模式，并确定工作模式是第二种类型：SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制。
步骤806，根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *。
步骤808，根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *、发电机变压器高压侧电压基准VH *以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率输出基准QSVC *。
步骤810，将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
在图7和图8图示的可替换的实施例中，即在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括：步骤707或步骤807，根据发电机变压器低压侧电压基准VL *来设定发电机端电压基准VGen *；步骤709或步骤809，根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和发电机端电压基准VGen *来计算SVC无功功率基准QSVC *；然后将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
图9图示根据本发明的另一优选实施例的用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
如图9所示，经协调的控制方法包括步骤902-910，其中步骤902与步骤702相同。
步骤904，判断系统拓扑和SVC的控制模式，并确定工作模式是第三种类型：SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行电压控制。然后可替换地，该方法将顺序地执行步骤906和908，或者顺序地执行步骤907和909。
步骤906，根据发电机变压器高压侧电压基准VH *，设定SVC电压基准VSVC*。
步骤908，根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和SVC电压基准VSVC*，计算发电机端电压基准VGen *。
步骤907，根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *。
步骤909，根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC电压基准VSVC *。
步骤910，将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
图10图示根据本发明的另一优选实施例的用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
如图10所示，经协调的控制方法包括步骤1002-1010，其中步骤1002与步骤702相同。
步骤1004，判断系统拓扑和SVC的控制模式，并确定工作模式是第四种类型：SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。然后可替换地，所述方法顺序地执行步骤1006和1008，或者顺序地执行步骤1007和1009。
步骤1006，根据发电机有功功率基准PGen *和发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算SVC电压基准VSVC*。
步骤1008，根据发电机有功功率基准PGen *和发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *。
步骤1007，根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定SVC电压基准VSVC *。
步骤1009，根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *。
步骤1010，将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
在上述实施例中，发电机端电压基准VGen *还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量；SVC无功功率基准QSVC *和/或SVC电压基准VSVC *还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。对于第四种类型的工作模式，发电机端电压基准VGen *还可以包括通过发电机无功功率下垂(droop)控制器所计算的发电机侧下垂分量；SVC电压基准VSVC *还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
相应地，本发明还提供了用于控制发电机和SVC的经协调的控制器，该控制器至少包括测量模块、判断模块和计算模块。测量模块被配置为测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断模块被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式，从而确定工作模式，所述工作模式可以被划分为四种类型；以及，计算模块被配置为计算基于所选择的工作模式的控制基准以控制发电机和/或SVC。
在第一种类型的工作模式中，计算模块还根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算SVC无功功率基准QSVC *；根据发电机有功功率基准PGen *、以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *。并且，经协调的控制器还包括发送模块，该发送模块将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
在第二种类型的工作模式中，计算模块还根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压VGen *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *、发电机变压器高压侧电压基准VH *和发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率输出基准QSVC *。并且经协调的控制器还包括发送模块，该发送模块将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
在本发明优选的实施例中，在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，经协调的控制器还包括设定模块和发送模块，设定模块根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *；计算模块根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率基准QSVC *，并且发送模块将QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
在第三种类型的工作模式中，经协调的控制器还包括设定模块和发送模块，设定模块根据发电机变压器高压侧电压基准VH *，设定SVC电压基准VSVC *；计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及SVC电压基准VSVC *，计算发电机端电压基准VGen *；并且发送模块将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。在本发明的可替换的实施例中，设定模块根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *；计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen*以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC电压基准VSVC *；并且发送模块将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
在第四种类型的工作模式中，计算模块还根据发电机有功功率基准PGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算SVC电压基准VSVC *；根据发电机有功功率基准PGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *；经协调的控制器还包括发送模块，该发送模块将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。在本发明的可替换的实施例中，设定模块根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *和SVC电压基准VSVC *这两者；发送模块将VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
本发明还为发电厂提供SVC，该发电厂包括至少一个发电机单元和相应的发电机变压器，以及至少一个SVC；此外，发电机单元和发电机变压器在该发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；在该发电厂中，发电机被连接到发电机变压器的低压侧；SVC能够连接到发电机变压器的低压侧或高压侧；根据前述实施例中的任何一个，经协调的控制器控制SVC的电压和/或无功功率以及发电机单元的电压和/或无功功率。一般地，经协调的控制器与发电机单元和SVC的本地控制器相接口。
在本发明优选的实施例中，SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；并且SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
与现存的现有技术相比，本发明提出的技术方案将SVC安装在发电侧，并且能够充分利用发电设施；因此，能够极大提高发电厂的有功功率生产量的容量。参考对示例的实施例的描述，本领域技术人员将理解本发明具有以下优势：发电机和SVC能够在不同系统拓扑下或者在SVC的不同控制模式下以经协调的方式被控制。此外，发电机还可以在不影响稳定工作的情况下转换为在整个工作范围内的“单位功率因数发电机”。
尽管基于一些优选的实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员应该理解，那些实施例绝不应当限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和概念的情况下，具有本领域一般知识和技术的人员应该理解对这些实施例的任何变型和改进，因此，这些变型和改进将落入由所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (30)

1.一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和静态无功补偿器SVC的经协调的控制方法，该经协调的控制方法包括：
测量用于所述发电机和SVC控制所需要的输入参数；
判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式为第一种类型的工作模式、第二种类型的工作模式、第三种类型的工作模式或第四种类型的工作模式；以及
计算基于所述工作模式的控制基准，以控制所述发电机和/或SVC；
其中：
第一种类型是所述SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行无功功率控制；
第二种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行无功功率控制；
第三种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行电压控制；以及
第四种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行电压控制。
2.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第一种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算SVC无功功率基准QSVC *；
根据发电机有功功率基准PGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *，以及
将所述QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
3.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第二种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *；
根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *、发电机变压器高压侧电压基准VH *以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率基准QSVC *，以及
将所述QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
4.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *；
根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率基准QSVC *，以及
将所述QSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
5.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第三种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机变压器高压侧电压基准VH *，设定SVC电压基准VSVC *；
根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和SVC电压基准VSVC *，计算发电机端电压基准VGen *，以及
将所述VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
6.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第三种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机变压器低压侧电压基准VL *，设定发电机端电压基准VGen *；
根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *和发电机端电压基准VGen *，计算SVC电压基准VSVC *，以及
将所述VSVC *发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen *发送到发电机的励磁电压控制器。
7.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机有功功率基准PGen*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC电压基准VSVC*；
根据发电机有功功率基准PGen*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准VGen*；以及
将VSVC*发送到SVC本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
8.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括：
根据发电机变压器低压侧电压基准VL*，设定SVC电压基准VSVC*；
根据发电机变压器低压侧电压基准VL*，设定发电机端电压基准VGen*；以及
将所述VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述发电机端电压基准VGen*还包括：通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量。
10.根据权利要求2-4中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述SVC无功功率基准QSVC*还包括：通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
11.根据权利要求5-8中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述SVC电压基准VSVC*还包括：通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
12.根据权利要求7或8所述的经协调的控制方法，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述发电机端电压基准VGen*还包括：通过发电机无功功率下垂控制器所计算的发电机侧下垂分量。
13.根据权利要求7或8所述的经协调的控制方法，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述SVC电压基准VSVC*还包括：通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
14.一种用于控制发电机和静态无功补偿器SVC的经协调的控制器，其中所述经协调的控制器包括：
测量模块，其被配置为测量用于所述发电机和SVC控制所需要的输入参数；
判断模块，其被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式为第一种类型的工作模式、第二种类型的工作模式、第三种类型的工作模式或第四种类型的工作模式，以确定工作模式；以及
计算模块，其被配置为计算基于所选的工作模式的控制基准，以控制所述发电机和/或SVC；
其中：
第一种类型是所述SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行无功功率控制；
第二种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行无功功率控制；
第三种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行电压控制；以及
第四种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行电压控制。
15.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中，在所述第一种类型的工作模式中，
所述计算模块还被配置为：根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC无功功率基准QSVC*；根据发电机有功功率基准PGen*、发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准VGen*；以及
发送模块被配置为将所述QSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
16.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中在所述第二种类型的工作模式中，
所述计算模块还被配置为：根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *以及发电机变压器高压侧电压基准VH *，计算发电机端电压基准VGen *；根据发电机有功功率基准PGen *、发电机无功功率基准QGen *、发电机变压器高压侧电压基准VH *以及发电机端电压基准VGen *，计算SVC无功功率基准QSVC *，以及
发送模块被配置为将所述QSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
17.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中在所述第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，
设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准VL*来设定发电机端电压基准VGen*；
所述计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*以及发电机端电压基准VGen*，计算SVC无功功率基准QSVC*；以及
发送模块被配置为将所述QSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
18.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中在所述第三种类型的工作模式中，
设定模块被配置为根据发电机变压器高压侧电压基准VH*来设定SVC电压基准VSVC*；
所述计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*以及SVC电压基准VSVC*，计算发电机端电压基准VGen*；以及
发送模块被配置为将所述VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
19.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中在所述第三种类型的工作模式中，
设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准VL*来设定发电机端电压基准VGen*；
计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准PGen*、发电机无功功率基准QGen*以及发电机端电压基准VGen*，计算SVC电压基准VSVC*；以及
发送模块被配置为将所述VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
20.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中在所述第四种类型的工作模式中，
所述计算模块还被配置为：根据发电机有功功率基准PGen*和发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC电压基准VSVC*；根据发电机有功功率基准PGen*和发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准VGen*；以及
发送模块被配置为将所述VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
21.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中在所述第四种类型的工作模式中，
设定模块还被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准VL*，设定SVC电压基准VSVC*；根据发电机变压器低压侧电压基准VL*，设定发电机端电压基准VGen*；以及
发送模块被配置为将所述VSVC*发送到SVC的本地控制器，并且将所述VGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
22.根据权利要求15-21中任一项所述的经协调的控制器，其中所述发电机端电压基准VGen*还包括：通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量。
23.根据权利要求15-17中任一项所述的经协调的控制器，其中所述SVC无功功率基准QSVC*还包括：通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
24.根据权利要求18-21中任一项所述的经协调的控制器，其中所述SVC电压基准VSVC*还包括：通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
25.根据权利要求20或21所述的经协调的控制器，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述发电机端电压基准VGen*还包括：通过发电机无功功率下垂控制器所计算的发电机侧下垂分量。
26.根据权利要求20或21所述的经协调的控制器，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述SVC电压基准VSVC*还包括：通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
27.具有静态无功补偿器SVC的发电厂，其中所述发电厂包括：
至少一个发电机单元和对应的发电机变压器，所述至少一个发电机单元和对应的发电机变压器在所述发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；其中所述发电机单元被连接到所述发电机变压器的低压侧；
至少一个SVC，所述至少一个SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧或低压侧；以及
经协调的控制器，所述经协调的控制器根据权利要求14-24中的任一项，控制所述SVC的电压和/或无功功率以及所述发电机单元的电压和/或无功功率。
28.根据权利要求27所述的发电厂，其中，所述SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。
29.根据权利要求27所述的发电厂，其中，
所述发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；以及
所述SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
30.根据权利要求29所述的发电厂，其中，所述经协调的控制器与所述发电机单元和所述SVC的本地控制器相接口。
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