CN104967134A - 静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，属于电力系统的电网稳定控制技术领域。在接入点电压发生变化时，当电压与额定电压偏差较小时，使静止同步补偿器处于恒无功控制模式或者稳态调压控制模式，若此时接收到自动电压调节系统的远方控制信号，则在保证接入点母线电压合格的前提之下，参与整个系统的无功电压调节；当接入点母线电压与额定值偏差较大时，使补偿器处于暂态电压控制模式，若接收到自动电压调节系统的远方控制信号，则保证接入点母线电压水平，不响应自动电压调节系统的远方控制信号。本方法具有物理意义明晰、实现简单、性能优异，能够有效的提高整个系统的电压稳定水平和整个电网暂态电压稳定性。

Description

静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法

技术领域

本发明涉及一种静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，特别涉及一种静止无功补偿器在不同的控制模式下参与自动电压调节的控制方法，属于电力系统的电网稳定控制技术领域。

背景技术

以可关断器件(IGBT，IGCT)为开关器件的静止无功补偿器(STATCOM)是现代电力电子技术在电力系统中的典型应用，可以帮助电网实现动态无功连续调节、提高电网电压稳定水平、抑制线路低频功率振荡，是电网实现可控化和智能化的主要手段之一。

当电网因发生故障或者突增负荷等因素而导致系统电压跌落时，静止无功补偿器(STATCOM)检测到接入点母线电压的变化而发出或吸收相应的无功功率，从而对接入点母线电压起到支撑作用。当前的静止无功补偿器(STATCOM)控制策略有两种，一种是以静止无功补偿器(STATCOM)接入点母线电压与目标参考值的偏差量为参考值，当接入点母线电压发生波动时，静止无功补偿器(STATCOM)输出相应的无功功率；一种是以整个系统的关键节点的母线电压与目标参考值的偏差为参考值，当系统的关键节点电压发生波动时，静止无功补偿器(STATCOM)能够对整个系统的关键节点电压波动进行响应，输出相应的无功功率，但是，目前的控制策略尚未有将静止无功补偿器(STATCOM)对接入点母线的电压控制和对整个系统的电压控制综合考虑的研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，将静止无功补偿器(STATCOM)在不同控制模式下参与电力系统自动电压控制的调节，以提高整个系统的电压稳定性。

本发明提出的静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，包括以下步骤：

(1)在每个控制周期到来时刻，检测静止同步补偿器接入电网点的电压有效值V_line，

计算电压有效值的标么值V_pcc：V_pcc＝V_line/V_base，其中V_base为电网的电压基值，根据标幺值V_pcc，控制静止同步补偿器的输出无功功率如下：

若V_pcc≤V_th1，则使静止同步补偿器闭锁，结束本次控制周期；其中pu为电压标幺值的单位；

若V_th1<V_pcc≤V_th2，则使静止同步补偿器进入暂态电压控制模式，输出无功功率为容性额定无功功率值Q_max，并结束本次控制周期；其中额定无功值Q_max即为静止同步补偿器的额定功率；

若V_th2<V_pcc<V_th3，则使静止同步补偿器进入稳态电压控制模式，并进行步骤(2)；

若V_th3≤V_pcc≤V_th4，则使静止同步补偿器进入恒无功控制模式，并进行步骤(3)；

若V_th4<V_pcc<V_th5，则使静止同步补偿器进入稳态电压控制模式，并进行步骤(2)；

若V_pcc≥V_th5，则使静止同步补偿器进入暂态电压控制模式，输出无功功率为感性额定无功值-Q_max，并结束本次控制周期；

以上，V_th1，V_th2，V_th3，V_th4，V_th5为使静止同步补偿器进入不同控制模式的电压阈值，一种典型的取值为：V_th1＝0.3pu，V_th2＝0.9pu，V_th3＝0.95pu，V_th4＝1.05pu，V_th5＝1.1pu；

(2)根据自动电压调节使能标志F_avc，控制静止同步补偿器输出无功功率如下：

若F_avc＝1，控制静止同步补偿器输出无功为Q_avc，结束本次控制周期；

若F_avc＝0，根据上述电压测量值V_pcc和电压参考值V_ref，计算静止同步补偿器处于稳态调压模式时的无功功率值Q_CVR，具体包括以下步骤：

(2-1)计算上述电压标么值V_pcc和电压参考值V_ref的电压差值ΔV，ΔV＝V_pcc-V_ref，其中电压参考值V_ref的取值为：U_ref2＝1.0pu；

(2-2)对电压差值ΔV进行相位补偿计算，得到补偿后的电压差值ΔV_comp，相位补偿计算中的相位补偿传递函数为：其中s为复频率，T₁和T₂分别为相位校正参数，取值范围为T₁＝0.01秒，T₂＝0.03秒；

(2-3)根据上述补偿后的电压差值ΔV_comp和比例积分的传递函数，计算出静止同步补偿器处于稳态调压模式时的输出无功功率Q_CV，比例积分的传递函数为：其中s为复频率，K_v和T_v分别为比例系数和积分时间常数，取值范围为：K_v＝1～2，T_v＝0.1～0.2秒；

(2-4)记稳态电压控制模式下静止同步补偿器的输出无功功率的限值为Q_lim，初始化时，设Q_lim＝0.1Q_max；

(2-5)对上述Q_CV进行限幅处理，计算出静止同步补偿器稳态电压控制所需的输出无功功率Q_CVR，限幅处理过程为：当Q_CV>Q_lim时，使Q_CVR＝Q_lim，当Q_CV<-Q_lim时，使Q_CVR＝-Q_lim，当-Q_lim≤Q_CV≤Q_lim时，使Q_CVR＝Q_CV，使静止同步补偿器的输出无功功率为Q_CVR；

(2-6)使静止同步补偿器的输出无功功率为Q_CVR，并结束本次控制周期；

(3)根据上述自动电压调节使能标志F_avc，控制静止同步补偿器输出无功功率如下：

若F_avc＝1，控制静止同步补偿器输出无功为Q_avc，结束本次控制周期；

若F_avc＝0，控制静止同步补偿器输出无功为Q_CQR，结束本次控制周期。

本发明提出的静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，其优点是：

本发明的控制方法，能够使STATCOM充分的参与到系统的电压调节过程中，使STATCOM能够在优先保证接入点母线电压合理的同时参与到整个系统的电压调解过程中，增强了系统应对暂态故障的能力，提高的系统的电压稳定性。该方法具有物理意义明晰、实现简单、性能优异等特点，解决了STATCOM参与接入点母线电压调节和整个系统电压调节的协调控制问题，本发明所涉控制方法可在系统电压发生波动时有效的提高电压控制能力。本发明方法具有物理意义明晰、实现简单、性能优异等特点，本发明所涉的静止无功补偿器(STATCOM)在参与系统的自动电压调节方法应用于大电网动态无功补偿设备控制时，可在优先保证接入点母线电压的同时参与整个系统的电压稳定控制，从而增强了整个系统的电压稳定性。

附图说明

图1是本发明控制方法的流程框图。

图2是本发明方法中的稳态电压控制流程框图。

具体实施方式

本发明提出的静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：

(1)在每个控制周期到来时刻，检测静止同步补偿器接入电网点的电压有效值V_line，计算电压有效值的标么值V_pcc：V_pcc＝V_line/V_base，其中V_base为电网的电压基值，根据标幺值V_pcc，控制静止同步补偿器的输出无功功率如下：

若V_pcc≤V_th1，则使静止同步补偿器闭锁，结束本次控制周期；其中pu为电压标幺值的单位；

若V_th1<V_pcc≤V_th2，则使静止同步补偿器进入暂态电压控制模式，输出无功功率为容性额定无功功率值Q_max，并结束本次控制周期；其中额定无功值Q_max即为静止同步补偿器的额定功率；

若V_th2<V_pcc<V_th3，则使静止同步补偿器进入稳态电压控制模式，并进行步骤(2)；

若V_th3≤V_pcc≤V_th4，则使静止同步补偿器进入恒无功控制模式，并进行步骤(3)；

若V_th4<V_pcc<V_th5，则使静止同步补偿器进入稳态电压控制模式，并进行步骤(2)；

若V_pcc≥V_th5，则使静止同步补偿器进入暂态电压控制模式，输出无功功率为感性额定无功值-Q_max，并结束本次控制周期；

以上，V_th1，V_th2，V_th3，V_th4，V_th5为使静止同步补偿器进入不同控制模式的电压阈值，一种典型的取值为：V_th1＝0.3pu，V_th2＝0.9pu，V_th3＝0.95pu，V_th4＝1.05pu，V_th5＝1.1pu。

(2)根据自动电压调节使能标志F_avc，控制静止同步补偿器输出无功功率如下：其中，F_avc由电站运行人员根据电网控制目标事先设定，如果运行人员将自动电压调节控制功能投入，则F_avc＝1，如果运行人员将自动电压调节控制功能退出，则F_avc＝0；

若F_avc＝1，控制静止同步补偿器输出无功为Q_avc，结束本次控制周期；其中，Q_avc为自动电压调节输出无功功率，由电网的自动电压控制系统发送给静止同步补偿器；

若F_avc＝0，根据上述电压测量值V_pcc和电压参考值V_ref，计算静止同步补偿器处于稳态调压模式时的无功功率值Q_CVR，其流程框图如图2所示，具体包括以下步骤：

(2-1)计算上述电压标么值V_pcc和电压参考值V_ref的电压差值ΔV，ΔV＝V_pcc-V_ref，其中电压参考值V_ref的取值为：U_ref2＝1.0pu；

(2-2)对电压差值ΔV进行相位补偿计算，得到补偿后的电压差值ΔV_comp，相位补偿计算中的相位补偿传递函数为：其中s为复频率，T₁和T₂分别为相位校正参数，T₁和T₂的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T₁＝0.01秒，T₂＝0.03秒；

(2-3)根据上述补偿后的电压差值ΔV_comp和比例积分的传递函数，计算出静止同步补偿器处于稳态调压模式时的输出无功功率Q_CV，比例积分的传递函数为：其中s为复频率，K_v和T_v分别为比例系数和积分时间常数，取值范围为：K_v＝1～2，T_v＝0.1～0.2秒；

(2-4)记稳态电压控制模式下静止同步补偿器的输出无功功率的限值为Q_lim，初始化时，设Q_lim＝0.1Q_max，其中，Q_max即为静止同步补偿器的额定功率；

(2-5)对上述Q_CV进行限幅处理，计算出静止同步补偿器稳态电压控制所需的输出无功功率Q_CVR，限幅处理过程为：当Q_CV>Q_lim时，使Q_CVR＝Q_lim，当Q_CV<-Q_lim时，使Q_CVR＝-Q_lim，当-Q_lim≤Q_CV≤Q_lim时，使Q_CVR＝Q_CV，使静止同步补偿器的输出无功功率为Q_CVR；

(2-6)使静止同步补偿器的输出无功功率为Q_CVR，并结束本次控制周期；

(3)根据上述自动电压调节使能标志F_avc，控制静止同步补偿器输出无功功率如下：

若F_avc＝1，控制静止同步补偿器输出无功为Q_avc，结束本次控制周期；其中，Q_avc为上述自动电压调节输出无功功率；

若F_avc＝0，控制静止同步补偿器输出无功为Q_CQR，结束本次控制周期；其中，Q_CQR为恒无功模式输出无功设定值，由电站运行人员根据电网控制目标事先设定。

本发明的控制方法，兼顾了STATCOM参与接入点母线电压调节和参与整个电网的电压调节，首先基于STATCOM接入电网点电压受故障影响在不同范围内变化等信息控制STATCOM进入不同控制模式。STATCOM在接收到自动电压调节系统发来的远方控制信号时，首先根据自身所处的控制模式进行判断，只有当STATCOM运行在稳态调压或者恒无功控制模式时，才参与系统自动电压调节的二级电压控制，按照远方控制信号要求输出无功功率；当电压严重跌落时，STATCOM以保证接入点母线电压为首要任务，参与系统自动电压调节的一级电压控制。该控制方法能够在保证系统接入点母线电压水平合理的同时参与整个系统的电压调节过程，提高了整个系统的的电压水平，增强了整个系统的电压稳定性。

本发明方法的主要功能是在接入点电压发生变化时，当电压与额定电压偏差较小时，STATCOM处于恒无功控制模式或者稳态调压控制模式，若此时STATCOM接收到自动电压调节系统的远方控制信号，则STATCOM能够在保证接入点母线电压合格的前提之下，参与整个系统的无功电压调节；当接入点母线电压与额定值偏差较大时，STATCOM处于暂态电压控制模式，若此时STATCOM接收到自动电压调节系统的远方控制信号，则STATCOM优先保证接入点母线电压水平，不响应自动电压调节系统的远方控制信号。

Claims (1)

1.一种静止同步补偿器参与电力系统自动电压调节的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)在每个控制周期到来时刻，检测静止同步补偿器接入电网点的电压有效值V_line，计算电压有效值的标么值V_pcc：V_pcc＝V_line/V_base，其中V_base为电网的电压基值，根据标幺值V_pcc，控制静止同步补偿器的输出无功功率如下：

若V_pcc≤V_th1，则使静止同步补偿器闭锁，结束本次控制周期；其中pu为电压标幺值的单位；

若V_th1<V_pcc≤V_th2，则使静止同步补偿器进入暂态电压控制模式，输出无功功率为容性额定无功功率值Q_max，并结束本次控制周期；

若V_th2<V_pcc<V_th3，则使静止同步补偿器进入稳态电压控制模式，并进行步骤(2)；

若V_th3≤V_pcc≤V_th4，则使静止同步补偿器进入恒无功控制模式，并进行步骤(3)；

若V_th4<V_pcc<V_th5，则使静止同步补偿器进入稳态电压控制模式，并进行步骤(2)；

若V_pcc≥V_th5，则使静止同步补偿器进入暂态电压控制模式，输出无功功率为感性额定无功值-Q_max，并结束本次控制周期；

以上，V_th1，V_th2，V_th3，V_th4，V_th5为使静止同步补偿器进入不同控制模式的电压阈值，一种典型的取值为：V_th1＝0.3pu，V_th2＝0.9pu，V_th3＝0.95pu，V_th4＝1.05pu，V_th5＝1.1pu；

(2)根据自动电压调节使能标志F_avc，控制静止同步补偿器输出无功功率如下：

若F_avc＝1，控制静止同步补偿器输出无功为Q_avc，结束本次控制周期；

若F_avc＝0，根据上述电压测量值V_pcc和电压参考值V_ref，计算静止同步补偿器处于稳态调压模式时的无功功率值Q_CVR，具体包括以下步骤：

(2-1)计算上述电压标么值V_pcc和电压参考值V_ref的电压差值ΔV，ΔV＝V_pcc-V_ref，其中电压参考值V_ref的取值为：U_ref2＝1.0pu；

(2-2)对电压差值ΔV进行相位补偿计算，得到补偿后的电压差值ΔV_comp，相位补偿计算中的相位补偿传递函数为：其中s为复频率，T₁和T₂分别为相位校正参数，取值范围为T₁＝0.01秒，T₂＝0.03秒；

(2-3)根据上述补偿后的电压差值ΔV_comp和比例积分的传递函数，计算出静止同步补偿器处于稳态调压模式时的输出无功功率Q_CV，比例积分的传递函数为：其中s为复频率，K_v和T_v分别为比例系数和积分时间常数，取值范围为：K_v＝1～2，T_v＝0.1～0.2秒；

(2-4)记稳态电压控制模式下静止同步补偿器的输出无功功率的限值为Q_lim，初始化时，设Q_lim＝0.1Q_max；

(2-5)对上述Q_CV进行限幅处理，计算出静止同步补偿器稳态电压控制所需的输出无功功率Q_CVR，限幅处理过程为：当Q_CV>Q_lim时，使Q_CVR＝Q_lim，当Q_CV<-Q_lim时，使Q_CVR＝-Q_lim，当-Q_lim≤Q_CV≤Q_lim时，使Q_CVR＝Q_CV，使静止同步补偿器的输出无功功率为Q_CVR；

(2-6)使静止同步补偿器的输出无功功率为Q_CVR，并结束本次控制周期；

(3)根据上述自动电压调节使能标志F_avc，控制静止同步补偿器输出无功功率如下：

若F_avc＝1，控制静止同步补偿器输出无功为Q_avc，结束本次控制周期；

若F_avc＝0，控制静止同步补偿器输出无功为Q_CQR，结束本次控制周期。