CN104466990A - Tsc与svg组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，补偿的思想为利用TSC装置分级补偿系统稳态无功需求，小容量的SVG装置来补偿TSC分级补偿欠补的无功。利用快速的SVG装置来抑制电压的波动和闪变。本系统以实现大容量无功补偿为目标。其中分级的TSC实现无功粗补,连续的SVG实现无功细补。

Description

TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略

技术领域

本发明创造属于电力控制领域，尤其是涉及一种TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略。

背景技术

SVG和SVC作为FACTS装置的主要代表，其特性上存在互补的特点。相较SVG而言，SVC装置结构简明、易控制，另外主电路的成本较SVG低很多，在大容量装置中尤其明显。SVG装置在补偿特性上性能优越，能够实现平滑补偿，同时采用PWM技术或对电路结构进行优化后，谐波含量非常少。故采用SVG装置和SVC装置进行配合，实现组合补偿。这样能综合SVG的快速性、谐波含量低、连续平滑补偿及TSC经济的特点，也是一种可选的经济方案。这就涉及到不同的FACTS装置如何协调运行的问题。由于不同FACTS装置间可能存在交互影响，在组合补偿系统的控制中实现补偿装置的协调运行对电力系统的安全稳定运行至关重要。因此探索多个FACTS装置协调运行的新策略，实现对多个FACTS装置的协调控制，是目前电力领域的前沿课题，在提高电力系统安全性及稳定性方面有着重要现实意义。

发明内容

本发明创造要解决以上技术问题，提供一种TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，为分级代理的协调控制系统，控制系统分为3层，分别是：协调层，无功控制层，执行层；

1)所述协调层检测当前的电网信息，根据电网的无功需求给出合理的无功分配，即TSC及SVG的补偿容量；

2)所述无功控制层根据所述协调层给出的无功分配，完成TSC的电容器投切控制及SVG补偿电流的直接电流控制；

3)所述执行层控制TSC和SVG装置产生相应的无功电流完成电网的无功补偿。

进一步，所述电网信息包括无功电流，所述协调层检测当前的无功电流。

进一步，所述检测当前的无功电流包括以下步骤：

一、确定TSC及SVG检测无功电流的检测点：

将TSC的检测点设为A点，将SVG的检测点设为B点，TSC采用负载电流检测法；SVG采用电源电流检测法。

进一步，所述无功分配包括确定当无功负载变化不频繁的分配策略及分配阈值及确定当无功负载变化频繁的分配策略及分配阈值。

进一步，当无功负载变化不频繁的分配策略及分配阈值为：

TSC容量级差为IC，电容容量采用2进制的分组方式，容量分别为IC，2IC，4IC，SVG的容量取电容容量级差即：ISVGMAX＝IC；

由于TSC只能补偿容性无功，SVG既能补偿容性无功，又能补偿感性无功，所以：

系统补偿容性无功电流的最大值为：

IFMAX＝(1+2+4)IC+ISVGMAX＝8IC，

补偿感性无功电流的最大值为：ILMAX＝-IC，

系统补偿的无功电流可在ILmax～IFmax之间连续变化；

基于以上的无功分配思想，定义某时刻：

电网所需的补偿无功电流为IQ，

单位容量TSC电容器电流为IC，

TSC总的电容器组数为M，

此时应投入的电容器组数为n(其中n的正负分别代表投入或者切除电容器)，

SVG无功电流的给定值为I*ref(其中I*ref的正负代表SVG输出容性或者感性的无功功率)，定义k∈N，

基本的无功分配规则如下：

(1)当kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC，k>M时，令n＝M，I*ref＝ISVGMAX，

根据此时的无功需求：

预投入的电容器组数为k组，但预投入的电容器组数大于可投的电容器组数，故此时电容器组应全部投入：

n＝M且SVG满额输出：I*ref＝ISVGMAX；

(2)当kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC，0<k≤M时，令n＝k，I*ref＝IQ-nIC，

根据此时的无功需求：

当kIC-0.5IC<IQ≤kIC，k≤M时，投入k组电容器，TSC产生的无功电流为kIC，剩余的无功-0.5IC<IQ≤0由SVG产生，即TSC过补偿量在0.5IC以内，过补偿量由SVG发出感性无功加以修正，

当kIC<IQ≤kIC+0.5IC，0<k≤M时，投入k组电容器，TSC产生的无功电流为kIC，剩余的无功0<IQ≤0.5IC,由SVG产生，即TSC欠补偿量在0.5IC以内，欠补偿量由SVG进行补偿，

kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC,k<0,令n＝0，I*ref＝IQ。

进一步，当无功负载变化频繁的分配策略及分配阈值为：

在SVG动作阈值范围相同的情况下，考虑对SVG动作阈值点进行修正，将SVG的动作阈值设为-0.25IC<ISVG≤0.75IC，得到修正后的无功分配规则如下，其分析同基本无功分配规则；

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，k>M时，令n＝M，I*ref＝ISVGMAX，

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，0<k≤M时，令n＝k，I*ref＝IQ-nIC，

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，k<0,令n＝0，I*ref＝IQ。

本发明创造具有的优点和积极效果是：TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，补偿的思想为利用TSC装置分级补偿系统稳态无功需求，小容量的SVG装置来补偿TSC分级补偿欠补的无功。利用快速的SVG装置来抑制电压的波动和闪变。本系统以实现大容量无功补偿为目标。其中分级的TSC实现无功粗补,连续的SVG实现无功细补。

附图说明

图1是TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略的结构示意图；

图2是TSC及SVG检测无功电流的检测点示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。

如图1、图2所示，TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，为分级代理的协调控制系统，控制系统分为3层，分别是：协调层，无功控制层，执行层；

1)所述协调层检测当前的电网信息，根据电网的无功需求给出合理的无功分配，即TSC及SVG的补偿容量；

2)所述无功控制层根据所述协调层给出的无功分配，完成TSC的电容器投切控制及SVG补偿电流的直接电流控制；

3)所述执行层控制TSC和SVG装置产生相应的无功电流完成电网的无功补偿。

所述电网信息包括无功电流，所述协调层检测当前的无功电流。

所述检测当前的无功电流包括以下步骤：

一、确定TSC及SVG检测无功电流的检测点：

将TSC的检测点设为A点，将SVG的检测点设为B点，TSC采用负载电流检测法；SVG采用电源电流检测法。

图1是本发明创造的控制策略结构图，协调层工作的第一个关键点是无功电流的检测，这也是确保整个系统能够实现无功准确快速补偿的先决条件。而电流检测点的选取则是无功检测的第一步。图2是本发明创造的关于检测点的选取，针对组合式动态无功补偿系统而言，将TSC的检测点设为A点，将SVG的检测点设为B点。一方面，考虑TSC的响应速度较慢，采用负载电流检测法，无功补偿指令电流根据负载电流得出，可对负载的无功功率进行较好的补偿，控制算法简单明了。另一方面，SVG响应速度快，灵活性好，采用电源电流检测法，能够根据网侧电流情况，进行快速准确的调节，提高电网电压的稳定性。总体来看控制系统的复杂度降低，同时补偿精度得到提高。

所述无功分配包括确定当无功负载变化不频繁的分配策略及分配阈值及确定当无功负载变化频繁的分配策略及分配阈值。

当无功负载变化不频繁的分配策略及分配阈值为：

TSC容量级差为IC，电容容量采用2进制的分组方式，容量分别为IC，2IC，4IC，SVG的容量取电容容量级差即：ISVGMAX＝IC；

由于TSC只能补偿容性无功，SVG既能补偿容性无功，又能补偿感性无功，所以：

系统补偿容性无功电流的最大值为：

IFMAX＝(1+2+4)IC+ISVGMAX＝8IC，

补偿感性无功电流的最大值为：ILMAX＝-IC，

系统补偿的无功电流可在ILmax～IFmax之间连续变化；

基于以上的无功分配思想，定义某时刻：

电网所需的补偿无功电流为IQ，

单位容量TSC电容器电流为IC，

TSC总的电容器组数为M，

此时应投入的电容器组数为n(其中n的正负分别代表投入或者切除电容器)，

SVG无功电流的给定值为I*ref(其中I*ref的正负代表SVG输出容性或者感性的无功功率)，定义k∈N，

基本的无功分配规则如下：

(1)当kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC，k>M时，令n＝M，I*ref＝ISVGMAX，

根据此时的无功需求：

预投入的电容器组数为k组，但预投入的电容器组数大于可投的电容器组数，故此时电容器组应全部投入：

n＝M且SVG满额输出：I*ref＝ISVGMAX；

(2)当kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC，0<k≤M时，令n＝k，I*ref＝IQ-nIC，

根据此时的无功需求：

当kIC-0.5IC<IQ≤kIC，k≤M时，投入k组电容器，TSC产生的无功电流为kIC，剩余的无功-0.5IC<IQ≤0由SVG产生，即TSC过补偿量在0.5IC以内，过补偿量由SVG发出感性无功加以修正，

当kIC<IQ≤kIC+0.5IC，0<k≤M时，投入k组电容器，TSC产生的无功电流为kIC，剩余的无功0<IQ≤0.5IC,由SVG产生，即TSC欠补偿量在0.5IC以内，欠补偿量由SVG进行补偿，

kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC,k<0,令n＝0，I*ref＝IQ。

此时的无功需求为容性，仅有SVG装置能够发出感性无功功率进行补偿。故切除全部的TSC电容器组，仅有SVG装置进行补偿：I*ref＝IQ，当容性无功需求达到ISVGMAX时，令SVG全额输出：I*ref＝-ISVGMAX。

以上为根据无功分配主要思想A、B给出的基本的无功分配规则，及其原理的分析。考虑根据主要思想C对上述的无功分配基本规则进行修正。

在上述的无功分配规则中SVG的动作阈值为-0.5IC<ISVG≤0.5IC,起到了节省SVG动态输出容量的作用。但在这一阈值的情况下，当负载投入、切除的瞬间或者负载无功变化频繁的场合，一旦检测到的无功电流变化达到0.5IC，TSC的投切组就会发生变化，TSC的动作会较为频繁。而TSC的响应速度较慢，在投切指令频繁的情况下会影响系统的响应速度。尤其在阶跃性负载的投入和切除瞬间，频繁的投切操作更会影响系统补偿的稳定性。为兼顾节省SVG动态输出容量和减少TSC的动作的目标，在SVG动作阈值范围相同的情况下，考虑对SVG动作阈值点进行修正。将SVG的动作阈值设为-0.25IC<ISVG≤0.75IC，得到修正后的无功分配规则如下，其分析类似基本无功分配规则。

当无功负载变化频繁的分配策略及分配阈值为：

在SVG动作阈值范围相同的情况下，考虑对SVG动作阈值点进行修正，将SVG的动作阈值设为-0.25IC<ISVG≤0.75IC，得到修正后的无功分配规则如下，其分析同基本无功分配规则；

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，k>M时，令n＝M，I*ref＝ISVGMAX，

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，0<k≤M时，令n＝k，I*ref＝IQ-nIC，

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，k<0,令n＝0，I*ref＝IQ。

根据修正后的无功分配规则，减少了TSC因过补偿而产生的频繁动作，投入过渡过程更好，提高了系统的整体响应速度，适用于无功负载变化比较大的场合。同时SVG的动态输出容量在0.25IC到0.75IC之间，避免了其长时间极限输出的情况，使其能有剩余容量对网侧的电压波动及闪变进行抑制。

本发明创造的补偿思想为利用TSC装置分级补偿系统稳态无功需求，小容量的SVG装置来补偿TSC分级补偿欠补的无功。利用快速的SVG装置来抑制电压的波动和闪变。控制策略为分级代理的协调控制，控制系统分为3层。分别是：协调层、无功控制层、执行层。协调层检测当前的电网信息，根据电网的无功需求给出合理的无功分配，即TSC及SVG的补偿容量。无功控制层根据协调层给出的无功分配完成TSC的电容器投切控制及SVG补偿电流的直接电流控制。进而在执行层控制TSC和SVG装置产生相应的无功电流完成电网的无功补偿。

首先选取电流的检测点，完成系统无功功率检测后，得到组合补偿系统总体无功补偿容量，协调层需要根据无功分配原则给TSC和SVG装置分配补偿容量。无功分配的主要原则：

(1)本系统以实现大容量无功补偿为目标。其中分级的TSC实现无功粗补,连续的SVG实现无功细补。考虑到SVG既能发出容性无功又能发出感性无功，SVG的容量为TSC容量级差一半即可通过和TSC的组合实现连续的大容量补偿。所以虽然SVG设计容量为TSC容量级差，但根据对组合补偿系统损耗特性的分析，自动补偿过程中应控制SVG实际输出的无功容量，进而减少开关器件的损耗，提高系统的运行效率，降低SVG装置的成本。

(2)组合式无功补偿系统中SVG较TSC的响应时间短，动作迅速，因而容易出现TSC未动作，而SVG先动作后保持极限输出的情况。即SVG处在一个快的控制回路，TSC处于较慢的控制回路。因此应控制TSC动作阈值，从而使SVG能够有剩余的容量对网侧的电压波动及闪变产生抑制作用，提高系统的补偿效果。

(3)由于较TSC而言，SVG的响应速度较快，动态过渡时间较短。系统无功调节应尽量由SVG多动作，TSC少动作来完成。起到提高系统动态响应速度减少过渡时间的作用。

以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，其特征在于：为分级代理的协调控制系统，控制系统分为3层，分别是：协调层，无功控制层，执行层；

1)所述协调层检测当前的电网信息，根据电网的无功需求给出合理的无功分配，即TSC及SVG的补偿容量；

2)所述无功控制层根据所述协调层给出的无功分配，完成TSC的电容器投切控制及SVG补偿电流的直接电流控制；

3)所述执行层控制TSC和SVG装置产生相应的无功电流完成电网的无功补偿。

2.根据权利要求1所述的TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，其特征在于：所述电网信息包括无功电流，所述协调层检测当前的无功电流。

3.根据权利要求2所述的TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，其特征在于：所述检测当前的无功电流包括以下步骤：

一、确定TSC及SVG检测无功电流的检测点：

将TSC的检测点设为A点，将SVG的检测点设为B点，TSC采用负载电流检测法；SVG采用电源电流检测法。

4.根据权利要求1所述的TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，其特征在于：所述无功分配包括确定当无功负载变化不频繁的分配策略及分配阈值及确定当无功负载变化频繁的分配策略及分配阈值。

5.根据权利要求4所述的TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，其特征在于：当无功负载变化不频繁的分配策略及分配阈值为：

TSC容量级差为IC，电容容量采用2进制的分组方式，容量分别为IC，2IC，4IC，SVG的容量取电容容量级差即：ISVGMAX＝IC；

由于TSC只能补偿容性无功，SVG既能补偿容性无功，又能补偿感性无功，所以：

系统补偿容性无功电流的最大值为：

IFMAX＝(1+2+4)IC+ISVGMAX＝8IC，

补偿感性无功电流的最大值为：ILMAX＝-IC，

系统补偿的无功电流可在ILmax～IFmax之间连续变化；

基于以上的无功分配思想，定义某时刻：

电网所需的补偿无功电流为IQ，

单位容量TSC电容器电流为IC，

TSC总的电容器组数为M，

此时应投入的电容器组数为n(其中n的正负分别代表投入或者切除电容器)，

SVG无功电流的给定值为I*ref(其中I*ref的正负代表SVG输出容性或者感性的无功功率)，定义k∈N，

基本的无功分配规则如下：

(1)当kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC，k>M时，令n＝M，I*ref＝ISVGMAX，

根据此时的无功需求：

预投入的电容器组数为k组，但预投入的电容器组数大于可投的电容器组数，故此时电容器组应全部投入：

n＝M且SVG满额输出：I*ref＝ISVGMAX；

(2)当kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC，0<k≤M时，令n＝k，I*ref＝IQ-nIC，

根据此时的无功需求：

当kIC-0.5IC<IQ≤kIC，k≤M时，投入k组电容器，TSC产生的无功电流为kIC，剩余的无功-0.5IC<IQ≤0由SVG产生，即TSC过补偿量在0.5IC以内，过补偿量由SVG发出感性无功加以修正，

当kIC<IQ≤kIC+0.5IC，0<k≤M时，投入k组电容器，TSC产生的无功电流为kIC，剩余的无功0<IQ≤0.5IC,由SVG产生，即TSC欠补偿量在0.5IC以内，欠补偿量由SVG进行补偿，

kIC-0.5IC<IQ≤kIC+0.5IC,k<0,令n＝0，I*ref＝IQ。

6.根据权利要求4所述的TSC与SVG组合式动态无功补偿系统的无功分配控制策略，其特征在于：当无功负载变化频繁的分配策略及分配阈值为：

在SVG动作阈值范围相同的情况下，考虑对SVG动作阈值点进行修正，将SVG的动作阈值设为-0.25IC<ISVG≤0.75IC，得到修正后的无功分配规则如下，其分析同基本无功分配规则；

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，k>M时，令n＝M，I*ref＝ISVGMAX，

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，0<k≤M时，令n＝k，I*ref＝IQ-nIC，

当kIC-0.25IC<IQ≤kIC+0.75IC，k<0,令n＝0，I*ref＝IQ。