CN105470978B - 一种静止无功补偿装置成组协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于混合模式的静止无功补偿装置(SVG)成组协调控制方法,在应用时,首先以主变为单元建立低压侧SVG控制组,各控制组至少包括2台SVG,选取额定容量最大的SVG设置为定电压模式,其余SVG设置为定无功模式;然后以跟踪并网点无功需求为目标,将总无功需求分配到每台主变,计算主变低压侧SVG控制组无功电压目标值;再以减少控制组SVG之间无功窜动、优化动态无功储备为目标,对主变低压侧SVG控制组进行无功置换。本发明可实现抑制汇集母线电压快速波动和闪变、跟踪并网点电压无功以及优化无功分布等多目标控制,可提高动态电压稳定性并降低损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统控制技术领域,特别是一种基于混合模式的静止无功补偿装置成组协调控制方法。
背景技术
静止无功补偿器(SVC)或静止无功发生器(SVG)是两类重要的静止无功补偿装置,能够快速连续地补偿无功功率。与电容器等无功补偿装置相比,具有抑制电压波动和闪变、提高动态电压稳定性等优点,在波动性较大的系统得到了广泛应用。其中,SVG相对SVC具有更快的动态响应速度,代表了无功补偿先进技术的发展方向。为叙述方便,下文仅以SVG代替静止无功补偿装置,但本发明方法完全适用于SVC。
近年来,风力发电、光伏发电等新能源发电在我国得到了大规模的开发利用。由于新能源发电出力具有随机性和波动性特点,造成大型风电场、光伏电站以及风光储联合发电站等新能源电站并网点电压频繁波动。为了抑制并网点电压波动,一般在新能源电站内部配置若干台静止无功补偿装置(SVG),并通过全站自动电压控制(AVC)系统实现各静止无功补偿装置以及风电机组、光伏逆变器等无功源之间的协调控制。
目前,全站AVC对SVG的控制包括定无功和定电压两种控制模式。在定电压模式下,SVG跟踪全站AVC下发的电压目标指令,可以使所挂接的母线电压保持恒定,有利于抑制风电、光电出力快速变化引起的电压波动及电压闪变,提高动态电压稳定性。但对于大型新能源电站,挂接于升压变低压侧母线的各台SVG之间电气距离紧密,特别是同一主变低压侧的若干台SVG,处于“零电气距离”状态,采用定电压模式易导致各台SVG之间发生无功窜动。在定无功模式下,SVG跟踪全站AVC下发的无功目标值指令,采用定无功模式易于实现各台SVG之间的无功协调、避免发生无功窜动,但此时SVC/SVG控制作用仅相当于普通的连续可调无功装置,不能充分发挥SVG的快速调节能力,削弱了动态电压稳定性。
综上所述,新能源电站内多台并列运行、电气距离紧密的SVG之间存在交互影响。采用单一的定无功模式或定电压模式,不能解决如何充分发挥SVG快速调节能力、同时减少多台SVG之间无功窜动的问题,削弱电压动态稳定性且无功窜动导致损耗增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题为:通过将定无功模式与定电压模式两种控制模式相结合,实现全站AVC对SVG的控制,充分发挥SVG的毫秒级快速调节能力以抑制电压快速波动,同时提高SVG动态无功储备,减少多台SVG之间的无功窜动,实现抑制汇集母线电压快速波动和闪变、跟踪并网点电压无功以及优化无功分布、降低损耗等多目标控制。
本发明采取的技术方案具体为:一种静止无功补偿装置成组协调控制方法,发电站中包括多台主变,各主变低压侧分别挂接有SVG;其特征是,方法包括以下步骤:
步骤一,建立主变低压侧基于混合模式的SVG控制组:
以每台主变低压侧挂接的所有SVG为一个控制组,各控制组分别至少包括2台SVG;从各控制组中选取额定容量最大的SVG作为主控设备,该主控SVG设置为定电压模式,其余SVG设置为定无功模式;
步骤二,全站AVC对各SVG控制组进行控制,控制周期开始,全站AVC实时获取包括所有SVG的当前无功,主变高/中/低三侧当前的有功和无功,以及所有母线当前电压的电气潮流信息;
步骤三,定义并网点总无功调节需求的门槛值;根据上级电网调度在并网点给定的目标电压值,计算并网点总无功调节需求ΔQ,如总无功调节需求小于门槛值,转步骤五;
步骤四,以跟踪并网点无功需求为目标,将总无功需求分配到每台主变,计算各主变低压侧SVG控制组的无功电压目标值,并下发指令到SVG执行;转步骤六;
步骤五,以减少控制组SVG之间无功窜动、优化动态无功储备为目标,对主变低压侧SVG控制组进行无功置换,并下发指令到SVG执行;
步骤六,等待至下一次控制周期到来,返回步骤二。
上述步骤三中,总无功调节需求的门槛值即全站无功控制死区,其设定为现有技术,可根据无功电压灵敏度等电网特性确定,小于控制死区的调节需求不被执行。
进一步的,本发明中步骤四包括以下步骤:
41)根据等功率因数原则对并网点总无功调节需求进行分配,计算主变低压侧无功调节需求ΔQtr;
42)计算定电压模式SVG所挂接的汇集母线电压目标值其中Vmg是定电压模式所挂接的汇集母线当前电压,SL是汇集母线电压对无功注入的灵敏度;
43)计算无功模式SVG总无功调节量ΔQsg,计算方法如下式:
上式表明,在无功模式SVG调节能力范围内,总无功调节量ΔQsg即主变低压侧无功调节需求ΔQtr。其中,Qsg是无功模式SVG的当前总无功,无功模式SVG的总无功上限,是无功模式SVG的总无功下限;如果主变低压侧无功调节需求ΔQtr超出无功模式SVG无功调节能力,则余下的无功调节量由风电/光伏承担;
44)对总无功调节量ΔQsg按SVG额定容量进行分配,计算每台无功模式SVG无功目标值
45)如果发令周期已到,全站AVC通过电力通信网络对定电压模式SVG装置下发电压目标值对每台无功模式SVG装置下发无功目标值ΔQsgi(i从1到n)。
上述步骤44)包括以下具体步骤:
441)计算每台无功模式SVG的分配系数其中为第i台无功模式SVG的额定容量,n为无功模式SVG台数;
442)计算每台无功模式SVG的无功目标值
443)对各台SVG的无功目标值进行校验,根据下式进行修正:
上式表示,如果有调节后SVG无功到达极限,则将其固定在边界上,剩余的无功调节量将由定电压模式SVG进行承担;其中,分别为第i台无功模式SVG的无功上限和无功下限。
本发明步骤五包括以下步骤:
51)计算定电压模式SVG电压目标值:由于总无功调节需求为0,无功输出保持不变,因此电压调节量为0,电压目标值
52)计算定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg,计算方法如下:
其中,为定电压模式SVG无功备用运行点,且有一般地,取k=0,则即调节后定电压模式SVG无功出力为0,定无功模式SVG调节量ΔQsg与定电压模式SVG当前无功出力Qmg相同;此时定电压模式SVG无功储备最大,且定电压模式SVG与定无功模式SVG的无功出力分别为0和Qmg+Qsg,未发生SVG之间无功窜动现象;
53)对定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg按额定容量进行分配,计算每台定无功模式SVG无功目标值计算方法参考步骤44);
54)如果发令周期已到,全站AVC通过电力通信网络对定电压模式SVG装置下发电压目标值对每台定无功模式SVG装置下发无功目标值ΔQsgi,i取值为从1到n。
有益效果
1)本发明提出的基于电压无功混合模式的SVG控制组,将控制组中额定容量最大的SVG设置为定电压模式,可通过定电压模式SVG的恒电压调节特性对汇集母线电压快速波动和闪变进行补偿和抑制,提高动态电压稳定性;
(2)本发明提出的基于混合模式的SVG成组协调控制方法,通过定电压模式SVG和定无功模式SVG之间协调控制,可跟踪并网无功电压需求、提高定电压模式SVG动态无功备用以及减少或消除多台SVG之间的无功窜动,优化无功分布并降低损耗。
附图说明
图1所示为本发明控制结构接线示意图;
图2所示为是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例仅一步描述。
本发明采取的技术方案具体为:一种静止无功补偿装置成组协调控制方法,发电站中包括多台主变,各主变低压侧分别挂接有若干台SVG;本发明控制方法包括以下步骤:
步骤一,建立主变低压侧基于混合模式的SVG控制组:
以每台主变低压侧挂接的所有SVG为一个控制组,每个控制组至少包括2台SVG;从各控制组中选取额定容量最大的SVG作为主控设备,该主控SVG设置为定电压模式,其余SVG设置为定无功模式;
步骤二,全站AVC对各SVG控制组进行控制,控制周期开始,全站AVC实时获取包括所有SVG的当前无功,主变高/中/低三侧当前的有功和无功,以及所有母线当前电压的电气潮流信息;
步骤三,定义并网点总无功调节需求的门槛值;根据上级电网调度在并网点给定的目标电压值,计算并网点总无功调节需求ΔQ,如总无功调节需求小于门槛值,转步骤五;所述总无功调节需求的门槛值即全站无功控制死区,其设定为现有技术,可根据无功电压灵敏度等电网特性确定,小于控制死区的调节需求不被执行;
步骤四,以跟踪并网点无功需求为目标,将总无功需求分配到每台主变,计算各主变低压侧SVG控制组的无功电压目标值,并下发指令到SVG执行;转步骤六;
步骤五,以减少控制组SVG之间无功窜动、优化动态无功储备为目标,对主变低压侧SVG控制组进行无功置换,并下发指令到SVG执行;
步骤六,等待至下一次控制周期到来,返回步骤二。
实施例
如图1所示为多台SVG构成的控制组接线示意图,3台SVG装置挂接于主变T1低压侧,编号为MG的SVG额定容量为±15MVar,可控无功上限为15MVar、无功下限为-15MVar;其余两台SVG编号分别为SG1、SG2,其额定容量均为±12MVar,可控无功上限为12MVar、无功下限均为-12MVar。定义主变高压侧为并网点,主变低压侧母线为汇集母线。
利用图2所示的本发明方法,步骤流程为:
1)以主变为单元建立低压侧SVG控制组,将MG设置为定电压模式,将SG1、SG2设置为定无功模式;
2)在每次控制周期开始时,全站AVC从实时数据采集监控(SCADA)获取所有SVG当前无功,主变高/中/低三侧当前有功、无功,所有母线当前电压等电气潮流信息;
3)计算并网点(PCC)总无功调节需求,根据上级电网调度在并网点给定的目标电压值,全站AVC计算并网点当前电压与目标电压之间的偏差,然后基于无功电压灵敏度将电压偏差转换为总无功调节需求,或根据系统阻抗法推算并网点总无功调节需求,均属于现有技术,不再赘述。比较总无功需求与门槛值大小,如总无功调节需求小于门槛值,转步骤5);
4)以跟踪并网点无功需求为目标,将总无功需求分配到每台主变,计算主变低压侧SVG控制组无功电压目标值,并下发指令到SVG装置执行;转步骤六;
5)以优化动态无功储备、减少控制组SVG之间无功窜动为目标,对主变低压侧SVG控制组进行无功置换,并下发指令到SVG装置执行;
6)等待下一次控制周期到来,返回步骤2)。
上述步骤4)包括以下具体步骤:
41)根据等功率因数原则对并网点总无功调节需求进行分配,计算主变低压侧无功调节需求ΔQtr,该项属于现有技术,不再赘述;
42)计算定电压模式SVG所挂接的汇集母线电压目标值其中Vmg是定电压模式所挂接的汇集母线当前电压,SL是汇集母线电压对无功注入的灵敏度。以图1为例,设MG所挂接的汇集母线当前电压Vmg为36.5kV,主变无功调节需求ΔQtr为10MVar,汇集母线电压对无功注入的灵敏度SL为0.05kV/MVar,则汇集母线电压目标值为37kV。
43)计算定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg,计算方法如下式:
上式表明,在定无功模式SVG调节能力范围内,总无功调节量ΔQsg即主变低压侧无功调节需求ΔQtr。其中,Qsg是定无功模式SVG的当前总无功,是定无功模式SVG的总无功上限,是定无功模式SVG的总无功下限。如果主变低压侧无功调节需求ΔQtr超出定无功模式SVG无功调节能力,则余下的无功调节量由风电/光伏承担。
44)对总无功调节量ΔQsg按SVG额定容量进行分配,计算每台定无功模式SVG无功目标值
45)如果发令周期已到,全站AVC通过电力通信网络对定电压模式SVG装置下发电压目标值对每台定无功模式SVG装置下发无功目标值ΔQsgi(i从1到n)。
上述步骤44)包括以下具体步骤:
441)计算每台定无功模式SVG的分配系数其中为第i台定无功模式SVG的额定容量,n为定无功模式SVG台数;
442)计算每台定无功模式SVG的无功目标值
443)对各台SVG的无功目标值进行校验,根据下式进行修正:
上式表示,如果有调节后SVG无功到达极限,则将其固定在边界上,剩余的无功调节量将由定电压模式SVG进行承担。其中,分别为第i台定无功模式SVG的无功上限和无功下限。
以图1为例,定无功模式SVG包括SG1、SG2,台数n为2,为24MVar,为-24MVar;SG1和SG2当前无功分别为5MVar、8MVar,SG1和SG2的总无功出力Qsg为13MVar,总无功调节量ΔQsg为10MVar。则SG1和SG2的无功目标值均为11.5MVar,此时SG1的无功调节量为6.5MVar,SG2的无功调节量为3.5MVar。
上述步骤5),包括以下具体步骤:
51)计算定电压模式SVG电压目标值:由于总无功调节需求为0,无功输出保持不变,因此电压调节量为0,电压目标值以图1为例,设MG挂接的汇集母线当前电压Vmg为37kV,则电压目标值即为37kV;
52)计算定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg,计算方法如下:
其中,为定电压模式SVG无功备用运行点,且有一般地,取k=0,则即调节后定电压模式SVG无功出力为0,定无功模式SVG调节量ΔQsg与定电压模式SVG当前无功出力Qmg相同。此时,可使定电压模式SVG无功储备最大,且定电压模式SVG与定无功模式SVG的无功出力分别为0和Qmg+Qsg,未发生SVG之间无功窜动现象。
53)对定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg按额定容量进行分配,计算每台定无功模式SVG无功目标值计算方法与步骤44)相同。
以图1为例,定电压模式SVG为MG,其当前无功Qmg为-12MVar;定无功模式SVG包括SG1、SG2,为24MVar,为-24MVar;SG1和SG2当前无功分别为5MVar、8MVar,总无功出力Qsg为13MVar,定电压模式SVG与定无功模式SVG之间出现了不合理的无功窜动;令MG无功备用运行点则SG1和SG2总无功调节量ΔQsg为-12Mvar。调节后MG无功出力为0,SG1和SG2无功出力之和为1Mvar,此时MG无功备用最大,且定电压模式SVG与定无功模式SVG之间无功窜动消除。
对SG1、SG2无功进行分配,两者无功目标值均为0.5MVar,此时SG1无功调节量为-4.5MVar,SG2无功调节量为-7.5MVar,SG1和SG2之间也未发生无功窜动。
54)如果发令周期已到,全站AVC通过电力通信网络对定电压模式SVG装置下发电压目标值对每台定无功模式SVG装置下发无功目标值ΔQsgi(i从1到n)。
本发明通过将定无功模式与定电压模式两种控制模式相结合,实现全站AVC对多台电气距离紧密SVG的成组协调控制,充分发挥SVG的毫秒级快速调节能力以抑制电压快速波动,同时提高SVG动态无功储备,减少多台SVG之间的无功窜动,实现抑制汇集母线电压快速波动和闪变、跟踪并网点电压无功以及优化无功分布、降低损耗等多目标控制。
本发明按照优选实施例进行了说明,应当理解,但上述实施例不以任何形式限定本发明,凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种静止无功补偿装置成组协调控制方法,发电站中包括多台主变,各主变低压侧分别挂接有SVG;其特征是,方法包括以下步骤:
步骤一,建立主变低压侧基于混合模式的SVG控制组:
以每台主变低压侧挂接的所有SVG为一个控制组,各控制组分别至少包括2台SVG;从各控制组中选取额定容量最大的SVG作为主控设备,该主控设备SVG设置为定电压模式,其余SVG设置为定无功模式;
步骤二,全站AVC对各SVG控制组进行控制,控制周期开始,全站AVC实时获取包括所有SVG的当前无功,主变高/中/低三侧当前的有功和无功,以及所有母线当前电压的电气潮流信息;
步骤三,定义并网点总无功调节需求的门槛值;根据上级电网调度在并网点给定的目标电压值,计算并网点总无功调节需求ΔQ,如总无功调节需求小于门槛值,转步骤五;
步骤四,以跟踪并网点无功需求为目标,将总无功需求分配到每台主变,计算各主变低压侧SVG控制组的无功电压目标值,并下发指令到SVG执行;转步骤六;
步骤五,以减少控制组SVG之间无功窜动、优化动态无功储备为目标,对主变低压侧SVG控制组进行无功置换,并下发指令到SVG执行;
步骤六,等待至下一次控制周期到来,返回步骤二。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是,步骤四包括以下步骤:
41)根据等功率因数原则对并网点总无功调节需求进行分配,计算主变低压侧无功调节需求ΔQtr;
42)计算定电压模式SVG所挂接的汇集母线电压目标值其中Vmg是定电压模式SVG所挂接的汇集母线当前电压,SL是汇集母线电压对无功注入的灵敏度;
43)计算定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg,如下式:
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上式表明,在定无功模式SVG调节能力范围内,总无功调节量ΔQsg即主变低压侧无功调节需求ΔQtr;其中,Qsg是定无功模式SVG的当前总无功,是定无功模式SVG的总无功上限,是定无功模式SVG的总无功下限;
如果主变低压侧无功调节需求ΔQtr超出定无功模式SVG无功调节能力,则余下的无功调节量由风电/光伏承担;
44)对总无功调节量ΔQsg按SVG额定容量进行分配,计算每台定无功模式SVG无功目标值
45)如果发令周期已到,则全站AVC通过电力通信网络对定电压模式的SVG下发汇集母线电压目标值对各定无功模式的SVG下发无功目标值ΔQsgi,其中i取值为从1到n。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征是,步骤44)包括以下步骤:
441)计算每台定无功模式SVG的分配系数其中为第i台定无功模式SVG的额定容量,n为定无功模式SVG台数;
442)计算每台定无功模式SVG的无功目标值的未修正值:
443)对各台定无功模式SVG的无功目标值的未修正值进行校验,根据下式进行修正,则各台定无功模式SVG的无功目标值为:
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上式中,分别为第i台定无功模式SVG的无功上限和无功下限;
上式表示,如果有调节后SVG无功到达极限,则将其固定在边界上,剩余的无功调节量将由定电压模式SVG进行承担。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征是,步骤五包括以下步骤:
51)计算定电压模式SVG所挂接的汇集母线电压目标值:由于总无功调节需求为0,无功输出保持不变,因此电压调节量为0,汇集母线电压目标值
52)计算定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg,计算方法如下:
<mrow>
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其中,为定电压模式SVG无功备用运行点,且有0≤k≤1;取k=0,则即调节后定电压模式SVG无功出力为0,定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg与定电压模式SVG当前无功出力Qmg相同;此时定电压模式的SVG无功储备最大,且定电压模式SVG与定无功模式SVG的无功出力分别为0和Qmg+Qsg,未发生SVG之间无功窜动现象;
53)对定无功模式SVG总无功调节量ΔQsg按额定容量进行分配,计算每台定无功模式SVG无功目标值
54)如果发令周期已到,全站AVC通过电力通信网络对定电压模式SVG装置下发汇集母线电压目标值对每台定无功模式SVG装置下发无功目标值ΔQsgi,其中i取值为从1到n。
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