CN105610175A - 一种facts设备广域无功协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FACTS设备广域无功协调控制方法，方法包括：(1)判断电网扰动类型，若电网扰动类型为风电场风速扰动或风机脱网故障引起的电网扰动，则执行步骤(2)，若电网扰动类型为通道交流线路故障引起的电网扰动，则执行步骤(3)；(2)根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对FACTS设备进行控制；(3)根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对FACTS设备进行控制；本发明提供的一种方法将电网扰动分为通道交流线路故障以及风电场风速扰动/风机脱网两种类型，提出了两类扰动情况下的FACTS设备协调控制方法，减少了由于设备动作不当而调压效果不明显的弊端；有利于避免扰动后的过电压或电压大跌落过程，一定程度上减弱扰动对电网电压的冲击。

Description

一种FACTS设备广域无功协调控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种FACTS设备广域无功协调控制方法。

背景技术

随着新疆电网与西北主网第二通道的建成投运，联网通道所在地区的新能源开发以大规模、高集中、远距离特点迅速发展。目前酒泉风电基地即围绕河西、敦煌区域开展大规模建设，随着风电的建设，大多数风电场都已形成经0.69/35/330kV三级变辐射网接入到主网的网架格局，并多点汇集至新疆-西北高压交流联网一、二通道后外送；且由于风电出力的间歇性，风电场侧配置了大量的SVC动态无功补偿装置，主网侧为了平抑风电送出通道的无功电压波动，在远距离新疆-西北联网的一、二交流通道上也配置了线路可控高抗、母线可控高抗以及SVC等多个FACTS装置。其中，敦煌站母线配置300Mvar阀式可控高抗，四级可调，单级容量74Mvar；沙洲～鱼卡两回线共配置4组线路分级式可控高抗，每组容量390Mvar，可调容量351Mvar，三级可调，单级容量117Mvar；沙洲站变压器低压侧配置SVC(360Mvar容性，360Mvar感性)。如此大规模动态无功补偿设备若无合理的协调控制策略，则系统电压波动时设备可能同时动作导致电压过调，其次若设备动作不恰当则会导致多次动作而调压效果也不明显，因此制定多站间多套动态无功补偿设备之间的协调控制策略具有重要意义。

当前，750kV可控高抗和SVC独立的控制策略在国内已有研究，但多FACTS之间的协调控制策略在国内研究较少。中国发明申请专利号201210369375.6的“一种新能源外送系统的FACTS设备协调控制方法”将协调控制分为三层：内层控制、外层控制和最外层控制，内层控制保证变电站电压能精确控制在某个值或某个范围之内，外层控制和最外层控制在系统出现大扰动时提供紧急无功支撑，但多套线路可控高抗分级式外层、最外层控制逻辑仍有可能同时动作，且协调方法中未考虑风电场侧的SVC补偿效果，风电场风速扰动以及风机脱网下可能产生可控高抗多次动作但调压效果不明显，此外只进行了站内多FACTS设备的控制，未涉及到站间调压作用的广域协调。中国发明申请专利号201410189622.3的“一种可控高抗的协调控制方法”利用安控装置实现协调控制可控高抗指定的容量，有效抑制事故后过电压以及避免多套可控高抗不配合同时动作造成的系统电压崩溃。但其主要针对通道交流线路双回故障造成的系统电压波动情况，无法有效应对风电场风速扰动以及风机脱网等情况造成的过电压和低电压，该方法具有局限性。

发明内容

本发明提供一种FACTS设备广域无功协调控制方法，其目的是将电网扰动分为通道交流线路故障以及风电场风速扰动/风机脱网两种类型，提出了两类扰动情况下的FACTS设备协调控制方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种FACTS设备广域无功协调控制方法，其改进之处在于，包括：

(1)判断电网扰动类型，若所述电网扰动类型为风电场风速扰动或风机脱网故障引起的电网扰动，则执行步骤(2)，若所述电网扰动类型为通道交流线路故障引起的电网扰动，则执行步骤(3)；

(2)根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对所述FACTS设备进行控制；

(3)根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对所述FACTS设备进行控制。

优选的，所述FACTS设备包括：SVC装置、阀式可控高抗及分级式可控高抗。

优选的，所述步骤(2)中，所述受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU的计算公式为：

ΔU＝|U-U′|(1)

式(1)中，U为所述受扰动风电汇集站的实际电压，U′为所述受扰动风电汇集站的控制电压目标值。

优选的，所述步骤(2)中，根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对所述FACTS设备进行控制包括：

(2-1)若|ΔU|≥|ΔU₁|，则FACTS设备中SVC装置进行电压调节动作并获取所述SVC装置的发出无功Q，若|ΔU|＜|ΔU₁|，则结束操作，其中，当|ΔU|≥|ΔU₁|且Q≥80％Q_max时，执行步骤(2-2)；

(2-2)若|ΔU|≥|ΔU₂|，则FACTS设备中阀式可控高抗进行两级电压调节动作并执行步骤(2-3)；

(2-3)若|ΔU|≥|ΔU₃|，则FACTS设备中阀式可控高抗进行全部电压调节动作并执行步骤(2-4)；

(2-4)若|ΔU|≥|ΔU₄|，则FACTS设备中分级式可控高抗进行全部电压调节动作；

其中，ΔU₁为所述SVC装置电压调节动作死区，ΔU₂为通道上阀式可控高抗两级电压调节动作死区，ΔU₃为通道上阀式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU₄为通道上分级式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU₁＜ΔU₂＜ΔU₃＜ΔU₄，Q_max为所述SVC装置自身容量。

优选的，所述步骤(3)中，所述电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_i=\left|U_i-U_i^{\′}\right|\\ {\mathrm{\ΔU}}_{max}=\max \{U_1,U_2...U_n\}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，U_i为电网中第i个站点的实际电压，U′_i为电网中第i个站点的控制电压目标值，ΔU_i为电网中第i个站点的电压偏差值，i∈[1,n]。

优选的，所述步骤(3)中，根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对所述FACTS设备进行控制包括：

(3-1)若|ΔU_max|≥|ΔU′₁|且持续x秒以上，则FACTS设备中SVC装置进行电压调节动作并执行步骤(3-2)，若|ΔU_max|＜|ΔU′₁|，则结束操作；

(3-2)若|ΔU_max|≥|ΔU′₂|且持续x秒以上，则FACTS设备中阀式可控高抗进行两级电压调节动作并执行步骤(3-3)；

(3-3)若|ΔU_max|≥|ΔU′₃|且持续x秒以上，则FACTS设备中阀式可控高抗进行全部电压调节动作并执行步骤(3-4)；

(3-4)若|ΔU_max|≥|ΔU′₄|且持续x秒以上，则FACTS设备中分级式可控高抗进行全部电压调节动作；

其中，x为正整数，ΔU′₁为所述SVC装置电压调节动作死区，ΔU′₂为通道上阀式可控高抗两级电压调节动作死区，ΔU′₃为通道上阀式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU′₄为通道上分级式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU′₁＜ΔU′₂＜ΔU′₃＜ΔU′₄。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的一种FACTS设备广域无功协调控制方法，将电网扰动分为风电场风速扰动/风机脱网和通道交流线路故障两种类型，并根据风电场SVC主要用于抑制风电场电压波动、通道可控高抗用于平抑风电送出通道的无功电压波动的调压效果，提出对于风电场风速扰动/风机脱网考虑SVC优先动作、而通道交流线路故障扰动则可控高抗直接动作的协调控制方法，物理意义明确，且减少了由于设备动作不当而调压效果不明显的弊端；

(2)本发明提供的一种FACTS设备广域无功协调控制方法，以电压为控制目标，风电场风速扰动/风机脱网故障下以受扰动风电场汇集站750kV母线电压为控制目标，通道交流线路故障以近区电压跌落最大站点电压为控制目标，依次设置从小到大的不同电压控制死区，实现设备优先动作控制和同层设备之间的分级动作，动作逻辑清晰；实时监测电压偏差并设置一定延时进行调压，有利于避免扰动后的过电压或电压大跌落过程，一定程度上减弱扰动对电网电压的冲击，对于实际电网具有较好适用性。

附图说明

图1是本发明一种FACTS设备广域无功协调控制方法的流程图；

图2是本发明实施例中新疆-西北联网基本结构示意图；

图3是本发明实施例中设置风电汇集站的风速仿真示意图；

图4是本发明实施例中风速扰动时的桥湾风电出力变化示意图；

图5是本发明实施例中风速扰动时的桥湾电压变化示意图；

图6是本发明实施例中FACTS动作下桥湾电压变化示意图；

图7是本发明实施例中桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下无FACTS动作时沙州750kV母线电压变化示意图；

图8是本发明实施例中桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下FACTS协调动作时沙州750kV母线电压变化示意图；

图9是本发明实施例中桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下多FACTS广域协调动作情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种FACTS设备广域无功协调控制方法，如图1所示，包括：

(1)判断电网扰动类型，若所述电网扰动类型为风电场风速扰动或风机脱网故障引起的电网扰动，则执行步骤(2)，若所述电网扰动类型为通道交流线路故障引起的电网扰动，则执行步骤(3)；

(2)根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对所述FACTS设备进行控制；

(3)根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对所述FACTS设备进行控制。

其中，所述FACTS设备包括：SVC装置、阀式可控高抗及分级式可控高抗。

具体的，所述步骤(2)中，所述受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU的计算公式为：

ΔU＝|U-U′|(1)

式(1)中，U为所述受扰动风电汇集站的实际电压，U′为所述受扰动风电汇集站的控制电压目标值。

所述步骤(2)中，根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对所述FACTS设备进行控制包括：

(2-1)若|ΔU|≥|ΔU₁|，则FACTS设备中SVC装置进行电压调节动作并获取所述SVC装置的发出无功Q，若|ΔU|＜|ΔU₁|，则结束操作，其中，当|ΔU|≥|ΔU₁|且Q≥80％Q_max时，执行步骤(2-2)；

(2-2)若|ΔU|≥|ΔU₂|，则FACTS设备中阀式可控高抗进行两级电压调节动作并执行步骤(2-3)；

(2-3)若|ΔU|≥|ΔU₃|，则FACTS设备中阀式可控高抗进行全部电压调节动作并执行步骤(2-4)；

(2-4)若|ΔU|≥|ΔU₄|，则FACTS设备中分级式可控高抗进行全部电压调节动作；

其中，ΔU₁为所述SVC装置电压调节动作死区，ΔU₂为通道上阀式可控高抗两级电压调节动作死区，ΔU₃为通道上阀式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU₄为通道上分级式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU₁＜ΔU₂＜ΔU₃＜ΔU₄，Q_max为所述SVC装置自身容量。

所述步骤(3)中，所述电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_i=\left|U_i-U_i^{\′}\right|\\ {\mathrm{\ΔU}}_{max}=\max \{U_1,U_2...U_n\}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，U_i为电网中第i个站点的实际电压，U′_i为电网中第i个站点的控制电压目标值，ΔU_i为电网中第i个站点的电压偏差值，i∈[1,n]。

所述步骤(3)中，根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对所述FACTS设备进行控制包括：

(3-1)若|ΔU_max|≥|ΔU′₁|且持续x秒以上，则FACTS设备中SVC装置进行电压调节动作并执行步骤(3-2)，若|ΔU_max|＜|ΔU′₁|，则结束操作；

(3-2)若|ΔU_max|≥|ΔU′₂|且持续x秒以上，则FACTS设备中阀式可控高抗进行两级电压调节动作并执行步骤(3-3)；

(3-3)若|ΔU_max|≥|ΔU′₃|且持续x秒以上，则FACTS设备中阀式可控高抗进行全部电压调节动作并执行步骤(3-4)；

(3-4)若|ΔU_max|≥|ΔU′₄|且持续x秒以上，则FACTS设备中分级式可控高抗进行全部电压调节动作；

其中，x为正整数，ΔU′₁为所述SVC装置电压调节动作死区，ΔU′₂为通道上阀式可控高抗两级电压调节动作死区，ΔU′₃为通道上阀式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU′₄为通道上分级式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU′₁＜ΔU′₂＜ΔU′₃＜ΔU′₄。

实施例

如图2所示，在新疆电网与西北主网间新建有哈密-柴达木联网通道，敦煌、桥湾等地区内大型风电及光伏等新能源经由通道向西北电网输送清洁能源。在通道上装设多套FACTS装置，解决新能源间歇、波动等特性引起的电压波动问题及无功调压困难。其中，联网通道沿线上，敦煌站750kV母线处装设一组阀控式可控高抗，在沙州站主变低压侧装设66kV静止无功补偿器，沙州～鱼卡两回线路共配置有4组线路分级式可控电抗器。

(1)风速扰动下的电压控制策略

敦煌、桥湾、酒泉站内风电场汇集站处，均装有具有实时跟踪调压功能的SVC设备，能够有效应对一定范围的风速扰动引起的电压波动。考虑到风电场在额定出力运行状态时遭遇持久强风而出力大增的情况，此时，扰动风场站点电压变幅过大，可能超出SVC调压能力。由此，根据上节所述策略，对该地区的多个FACTS设备进行广域协调控制，将受扰动风场站点处750kV母线电压调节到目标电压值。敦煌、桥湾、酒泉初始出力分别3360MW、3720MW、1340MW，仿真中设置风电汇集站的风速如图3所示，风力在3s～16s内以12m/s速度增加，设定电压调节死区依次为ΔU₁＝1kV、ΔU₂＝1.5kV、ΔU₃＝3kV、ΔU₄＝5kV。当桥湾站8个汇集站同时受到上述类型风速扰动时的风电出力变化，如图4所示。

监测桥湾750kV母线电压，在5.3s时刻电压跌落1kV，达到风电场SVC电压调节动作死区，开始监测受风速扰动风场处安装SVC的输出无功，在受监测SVC输出均达到各自补偿上限的80％之前，充分利用SVC跟随调压功能，而其他FACTS不动作，6.73s时SVC容量均达指定限值。此时监测母线电压偏差大于1.5kV，大于母线高抗动作两级电压调节死区，切除敦煌750kV母线处可控高抗两级150Mvar，桥湾电压提升0.98kV。此后延时0.5s监测电压偏差达到母线高抗全部动作电压调节死区3kV，敦煌SCR剩余两级150Mvar容量切除，电压提升1.04kV。此后延时0.5s监测电压偏差达到FACTS设备全部动作电压调节死区5kV，西北地区可用FACTS全部动作，当前运行方式下，初始方式下只有沙州侧一组390Mvar在投，切除351Mvar后，桥湾750kV母线电压稳定后运行在762kV水平，本次调压结束。桥湾电压变化情况如图5所示，FACTS动作过程如图6所示，其中汇集站SVC指受风速扰动时最晚达80％无功补偿量的风电场汇集站SVC。

(2)通道交流线路故障下FACTS广域协调控制策略

设置ΔU′₁＝1kV、ΔU′₂＝3kV、ΔU′₃＝5kV、ΔU′₄＝10kV，监测各750kV母线电压，对电压偏差最大者进行调压控制；为避免故障后系统电压振荡过程，监测电压持续低于电压调节死区5s时动作区域内SCR，将电压调节到目标电压值允许偏差范围内，即x＝5。

桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下无FACTS动作时沙州750kV母线电压变化如图7所示，沙州750kV母线电压偏差最大，当大于1kV后，风电场汇集站及沙州750站内SVC动作，根据电压偏差实时调压；监测中电压在故障后5s的振荡过程内存在大幅跌落，12.5s监测到沙州电压持续5s低于母线高抗动作两级电压调节死区阈值3kV，敦煌母线可控高抗切除两级150Mvar无功，进入母线高抗全部动作电压调节死区判断；在17.5s监测到沙州电压跌落在持续低于5kV以上达5s，这时母线可控高抗全部动作，切除剩余两级150Mvar补偿量，沙州电压回升到755kV，继续监测沙州电压偏差，在22.5s时电压偏差超出FACTS设备全部动作电压调节死区阈值10kV持续5s，沙州-鱼卡线路高抗需全部动作，即切除沙洲侧351Mvar感性无功，沙州电压明显提升，稳定后维持在763.3kV，电压偏差为4.7kV，本次调压结束。调压过程中各750kV母线电压变化情况如表1所示，调压后各母线电压均能恢复到初始电压水平及附近范围内。

表1桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下各母线电压

在无任何调压措施时，桥湾-酒泉双回三永N-2故障会导致系统暂态失稳，因此将区域内可用SVC全部投入使用进行跟随调压，明显改善了系统稳定能力，但由于SVC调压能力有限，故障后电压水平在752.8kV,相比初始水平仍有15.5KV跌落，需要其他FACTS设备协调动作，将电压水平调节到允许范围内，桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下FACTS协调动作时沙州750kV母线电压变化情况如图8所示，桥湾-酒泉双回首端三永N-2故障下多FACTS广域协调动作情况如图9所示。

综上所述，采用故障下多FACTS广域协调控制策略，能够对各母线电压进行有效调节，明显改善电压状况。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种FACTS设备广域无功协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)判断电网扰动类型，若所述电网扰动类型为风电场风速扰动或风机脱网故障引起的电网扰动，则执行步骤(2)，若所述电网扰动类型为通道交流线路故障引起的电网扰动，则执行步骤(3)；

(2)根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对所述FACTS设备进行控制；

(3)根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对所述FACTS设备进行控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FACTS设备包括：SVC装置、阀式可控高抗及分级式可控高抗。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU的计算公式为：

ΔU＝|U-U′|(1)

式(1)中，U为所述受扰动风电汇集站的实际电压，U′为所述受扰动风电汇集站的控制电压目标值。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据受扰动风电汇集站的电压偏差值ΔU对所述FACTS设备进行控制包括：

(2-1)若|ΔU|≥|ΔU₁|，则FACTS设备中SVC装置进行电压调节动作并获取所述SVC装置的发出无功Q，若|ΔU|＜|ΔU₁|，则结束操作，其中，当|ΔU|≥|ΔU₁|且Q≥80％Q_max时，执行步骤(2-2)；

(2-2)若|ΔU|≥|ΔU₂|，则FACTS设备中阀式可控高抗进行两级电压调节动作并执行步骤(2-3)；

(2-3)若|ΔU|≥|ΔU₃|，则FACTS设备中阀式可控高抗进行全部电压调节动作并执行步骤(2-4)；

(2-4)若|ΔU|≥|ΔU₄|，则FACTS设备中分级式可控高抗进行全部电压调节动作；

其中，ΔU₁为所述SVC装置电压调节动作死区，ΔU₂为通道上阀式可控高抗两级电压调节动作死区，ΔU₃为通道上阀式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU₄为通道上分级式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU₁＜ΔU₂＜ΔU₃＜ΔU₄，Q_max为所述SVC装置自身容量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_i=|U_i-U_i^{\′}|\\ {\mathrm{\ΔU}}_{max}=\max \{U_1,U_2...U_n\}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，U_i为电网中第i个站点的实际电压，U′_i为电网中第i个站点的控制电压目标值，ΔU_i为电网中第i个站点的电压偏差值，i∈[1,n]。

6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据电网中电压偏差最大的站点的电压偏差值ΔU_max对所述FACTS设备进行控制包括：

(3-1)若|ΔU_max|≥|ΔU′₁|且持续x秒以上，则FACTS设备中SVC装置进行电压调节动作并执行步骤(3-2)，若|ΔU_max|＜|ΔU′₁|，则结束操作；

(3-2)若|ΔU_max|≥|ΔU′₂|且持续x秒以上，则FACTS设备中阀式可控高抗进行两级电压调节动作并执行步骤(3-3)；

(3-3)若|ΔU_max|≥|ΔU′₃|且持续x秒以上，则FACTS设备中阀式可控高抗进行全部电压调节动作并执行步骤(3-4)；

(3-4)若|ΔU_max|≥|ΔU′₄|且持续x秒以上，则FACTS设备中分级式可控高抗进行全部电压调节动作；

其中，x为正整数，ΔU′₁为所述SVC装置电压调节动作死区，ΔU′₂为通道上阀式可控高抗两级电压调节动作死区，ΔU′₃为通道上阀式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU′₄为通道上分级式可控高抗全部电压调节动作死区，ΔU′₁＜ΔU′₂＜ΔU′₃＜ΔU′₄。