CN105958536A - 并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统 - Google Patents

并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供一种并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统，涉及电力系统并网控制技术领域，能够在交流系统异常时不必闲置并网设备的无功补偿能力的同时避免越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换。该方法包括：当监测点的电压大于上限门槛电压时，进入越上限运行模式；当监测点的电压小于所述上限门槛电压‑滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，退出越上限运行模式；当监测点的电压小于下限门槛电压时，进入越下限运行模式；当监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，退出越下限运行模式。

Description

并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统
技术领域
本发明的实施例涉及电力系统并网控制技术领域，尤其涉及一种并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统。
背景技术
由于技术成熟可靠、成本不断降低、控制灵活度高，基于可关断器件的并网设备(也称：并网电力电子设备)逐渐增多。近年来，越来越多的大功率柔性直流输电及静止同步补偿器(英文全称：static synchronouscompensator；英文简称：STATCOM)装置接入电网。此类并网设备具备向电网提供无功支撑的能力，可辅助实现电网的无功平衡。
电网电压在合理范围内波动时，并网设备输出的无功功率不宜过大；而当电网电压突破合理范围时，并网设备需快速发出/吸收无功功率，尽可能使电网电压稳定在合理范围内。为了实现上述快速发出/吸收无功功率，通常无功控制策略中无功运行模式都设置正常运行模式和越上/下限运行模式。正常运行模式下输出无功功率限幅在较小的数值，而越上/下限运行模式则取消无功功率限幅，允许并网设备输出更大的无功功率。
为了避免交流系统异常时，电网电压处于上/下限边界时运行模式频繁切换，无功运行模式的切换设置合理的滞环宽度。交流系统异常时常规无功控制模式切换方法是：
1)当监测点电压大于上限门槛电压时，延时进入越上限运行模式；
2)当监测点电压小于上限门槛电压-滞环宽度时，延时退出越上限运行模式；
3)当监测点电压小于下限门槛电压时，延时进入越下限运行模式；
4)当监测点电压大于下限门槛电压+滞环宽度时，延时退出越下限运行模式。
滞环宽度应大于并网设备对电网电压的补偿能力，否则无功控制模式仍然会频繁切换，且导致并网设备输出无功频繁跳变。例如设置电网电压大于1.1p.u.进入越上限模式，此时并网设备注入无功功率可使电网电压减小0.05p.u.，若滞环宽度小于0.05p.u.，则进入越上限模式后电压立刻满足退出越上限模式条件；而退出越上限模式后，电压再次满足进入越上限模式条件，如此重复。当并网设备注入无功功率对电网电压影响足够大时，滞环宽度的取值变得困难，甚至无法选取到合适的数值。这在大功率柔性直流输电接入弱交流电网中的应用中极易出现。虽然限制一段时间内并网设备允许进入越上/下限模式的次数、或者退出越上/下限模式后需满足一定条件才允许再次进越上/下限模式等手段可避免频繁切换，但也同时闲置了并网设备的无功补偿能力，在电网电压异常时未能很好地提供无功支撑。
发明内容
本发明的实施例提供一种并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统，能够在交流系统异常时不必闲置并网设备的无功补偿能力的同时避免越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换。
第一方面，提供一种并网设备的无功控制模式的切换方法，所述并网设备具备无功功率输出能力，且所述并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，包括：
实时检测监测点的电压；
当检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制并网设备进入越上限运行模式；
当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制并网设备退出越上限运行模式；
当检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制并网设备进入越下限运行模式；
当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制并网设备退出越下限运行模式。
可选的，所述预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
可选的，所述进入越上限运行模式，包括：延时第一预设时长进入所述越上限运行模式；
所述退出越上限运行模式，包括：延时第二预设时长退出所述越上限运行模式；
所述进入越下限运行模式，包括：延时第三预设时长进入所述越下限运行模式；
所述退出越下限运行模式，包括：延时第四预设时长退出所述越下限运行模式。
可选的，所述方法还包括：配置所述上限门槛电压、所述下限门槛电压和所述滞环宽度。
第二方面，提供一种并网设备的无功控制模式的切换装置，所述并网设备具备无功功率输出能力，且并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，包括：
检测单元，被配置为实时检测监测点的电压；
切换单元，被配置为当检测单元检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制所述并网设备进入越上限运行模式；
所述切换单元，还被配置为当检测单元检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制所述并网设备退出越上限运行模式；
所述切换单元，还被配置为当所述检测单元检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制所述并网设备进入越下限运行模式；
所述切换单元，还被配置为当所述检测单元检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制退出越下限运行模式。
可选的，所述预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
可选的，所述切换单元，被配置为延时第一预设时长控制所述并网设备进入所述越上限运行模式；
所述切换单元，被配置为延时第二预设时长控制所述并网设备退出所述越上限运行模式；
所述切换单元，被配置为延时第三预设时长控制所述并网设备进入所述越下限运行模式；
所述切换单元，被配置为延时第四预设时长控制所述并网设备退出所述越下限运行模式。
可选的，所述监测点为公共连接点PCC(英文全称：point of commoncoupling)，其中所述PCC位于柔性直流换流站受端的第一联结变压器与送电交流电网之间，或者，所述PCC位于柔性直流换流站送端的第二联结变压器与受电交流电网之间。
可选的，所述切换装置还包括：控制单元，用于配置所述上限门槛电压、所述下限门槛电压和所述滞环宽度。
第三方面，提供一种电力系统，包括：上述任一并网设备的无功控制模式的切换装置。
本发明的实施例提供的并网设备的无功控制模式的切换方法、装置及电力系统，应用于直流输电系统，并网设备具备无功功率输出能力，且并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，切换装置实时检测监测点的电压；当检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制并网设备进入越上限运行模式；当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制并网设备退出越上限运行模式；当检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制并网设备进入越下限运行模式；当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制并网设备退出越下限运行模式；由于能够进一步根据并网设备当前输出无功功率切换并网设备的无功控制模式，因此能够在交流系统异常时不必闲置并网设备的无功补偿能力的同时避免越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电力系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种并网设备的无功控制模式的切换装置的结构示意图；
图3为本发明的另一实施例提供的一种并网设备的无功控制模式的切换装置的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的一种并网设备的无功控制模式的切换方法流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在现有技术中，为避免并网设备越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换，需要通过限制一段时间内并网设备允许进入越上/下限模式的次数、或者退出越上/下限模式后需满足一定条件才允许再次进越上/下限模式，但这样做也同时闲置了并网设备的无功补偿能力，在电网电压异常时未能很好地提供无功支撑。为避免上述问题发生，本发明的实施例提供的方案中对于并网设备无功运行模式的切换，在考虑上限门槛电压、下限门槛电压以及滞环宽度的同时进一步参考了并网设备当前输出无功功率，在并网设备当前输出无功功率满足预定条件时再进行相应的无功运行模式切换，因此能够在交流系统异常时不必闲置并网设备的无功补偿能力的同时避免越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换。
具体的，本发明的实施例提供的方案运行于电力系统，参照图1所示，该电力系统可以包括：送电交流电网、直流输电系统、受电交流电网；其中直流输电系统包括：直流换流站送端VSC1、直流换流站受端VSC2、其中VSC1和VSC2之间通过直流线路连接，该VSC1通过第一联结变压器T1连接受电交流电网，该VSC2通过第二联结变压器T2连接送电交流电网；第一联结变压器T1与送电交流电网之间为公共连接点PCC，柔第二联结变压器T2与送电交流电网之间为公共连接点PCC。该直流输电系统可以为柔性直流输电系统。
基于上述电力系统，参照图2所示，本发明的实施例提供一种并网设备的无功控制模式的切换装置，并网设备具备无功功率输出能力，且并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，包括：
检测单元11，被配置为实时检测监测点的电压。
切换单元12，被配置为当检测单元检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制所述并网设备进入越上限运行模式。
所述切换单元12，还被配置为当检测单元11检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制所述并网设备退出越上限运行模式。
所述切换单元12，还被配置为当所述检测单元11检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制所述并网设备进入越下限运行模式。
所述切换单元12，还被配置为当所述检测单元11检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制退出越下限运行模式。
其中，参照图1所示，该切换装置可以连接至PCC，将PCC作为监测点实现上述对并网设备的无功运行模式切换功能。
本发明的实施例提供的并网设备的无功控制模式的切换装置应用于直流输电系统，并网设备具备无功功率输出能力，且并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，切换装置实时检测监测点的电压；当检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制并网设备进入越上限运行模式；当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制并网设备退出越上限运行模式；当检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制并网设备进入越下限运行模式；当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制并网设备退出越下限运行模式；由于能够进一步根据并网设备当前输出无功功率切换并网设备的无功控制模式，因此能够在交流系统异常时不必闲置并网设备的无功补偿能力的同时避免越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换。
一种可选的方式为：预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
此时，所述切换单元12，还被配置为当检测单元11检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅时，控制所述并网设备退出越上限运行模式；或者，还被配置为当检测单元11检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度时，控制并网设备退出越上限运行模式。
所述切换单元12，还被配置为当所述检测单元11检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅时，控制退出越下限运行模式；或者，被配置为当所述检测单元11检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度时，控制退出越下限运行模式。
当然上述仅仅是提供的一种方式，在合理增加并网设备退出越上/下限运行模式的其他条件，避免并网设备退出越上/下限运行模式后，监测点电压再次满足进入越上/下限运行模式，从而导致并网设备无功运行模式频繁切换或闲置并网设备的无功支撑能力的问题，也应该属于本申请的保护范围。
此外，切换单元12，被配置为延时第一预设时长控制所述并网设备进入所述越上限运行模式。
所述切换单元12，被配置为延时第二预设时长控制所述并网设备退出所述越上限运行模式。
所述切换单元12，被配置为延时第三预设时长控制所述并网设备进入所述越下限运行模式。
所述切换单元12，被配置为延时第四预设时长控制所述并网设备退出所述越下限运行模式。
通过上述方式实现延时切换无功运行模式，从而避免监测点电压不稳定造成的并网设备无功运行模式频繁切换的情况发生。
参照图3所示，切换装置还包括：控制单元13，用于配置上限门槛电压、下限门槛电压和滞环宽度，这样能够通过合理配置上限门槛电压、下限门槛电压和滞环宽度的幅度优化并网设备无功运行模式切换的频率。
参照图4，提供一种并网设备的无功控制模式的切换方法，所述并网设备具备无功功率输出能力，且所述并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，包括：
101、实时检测监测点的电压。
102、当检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制并网设备进入越上限运行模式。
103、当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制并网设备退出越上限运行模式。
可选的，所述预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
步骤103具体为：当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅时，控制所述并网设备退出越上限运行模式；或者，当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度时，控制并网设备退出越上限运行模式。
104、当检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制并网设备进入越下限运行模式；
105、当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制并网设备退出越下限运行模式。
可选的，所述预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
步骤105具体为：当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅时，控制退出越下限运行模式；或者，当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度时，控制退出越下限运行模式。
本发明的实施例提供的并网设备的无功控制模式的切换装置应用于直流输电系统，并网设备具备无功功率输出能力，且并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，切换装置实时检测监测点的电压；当检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制并网设备进入越上限运行模式；当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制并网设备退出越上限运行模式；当检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制并网设备进入越下限运行模式；当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制并网设备退出越下限运行模式；由于能够进一步根据并网设备当前输出无功功率切换并网设备的无功控制模式，因此能够在交流系统异常时不必闲置并网设备的无功补偿能力的同时避免越上/下限模式与正常运行模式间的频繁切换。
上述方案中，所述进入越上限运行模式，包括：延时第一预设时长进入所述越上限运行模式；
所述退出越上限运行模式，包括：延时第二预设时长退出所述越上限运行模式；
所述进入越下限运行模式，包括：延时第三预设时长进入所述越下限运行模式；
所述退出越下限运行模式，包括：延时第四预设时长退出所述越下限运行模式。
通过上述方式实现延时切换无功运行模式，从而避免监测点电压不稳定造成的并网设备无功运行模式频繁切换的情况发生。
可选的，上述方法还包括：配置上限门槛电压、所述下限门槛电压和所述滞环宽度。这样能够通过合理配置上限门槛电压、下限门槛电压和滞环宽度的幅度优化并网设备无功运行模式切换的频率。
参照图1所示的电力系统，以最大无功输出为300MVar的柔性直流换流站为例说明。图1为大容量柔性直流输电系统示意图。VSC1为柔性直流输电站的送端、VSC2为柔性直流输电站的受端，T1、T2为联结变压器，监测点为任一公共连接点(PCC点)。
正常运行模式下并网设备输出无功功率限幅为±60MVar，电网电压超过1.1p.u.时进入越上限运行模式；电网电压低于0.9p.u.时进入越下限运行模式；越上限运行模式和越下限运行模式下无功功率限幅取消，允许最大输出±300MVar无功功率。滞环宽度设置为0.05p.u.。无功控制模式切换策略配置为：
切换装置任意时刻检测到监测点电压正序模值大于1.1p.u.，控制并网设备延时5ms进入越上限运行模式。
越上限运行模式下，若监测点电压正序模值小于1.05p.u.，且当前输出无功功率绝对值小于60MVar，控制并网设备延时5ms退出越上限运行模式，恢复到正常运行模式。
切换装置任意时刻检测到监测点电压正序模值小于0.9p.u.，控制并网设备延时5ms进入越下限运行模式。
越下限运行模式下，若监测点电压正序模值大于0.95p.u.，且当前输出无功绝对值小于60MVar，控制并网设备延时5ms退出越下限运行模式，恢复到正常运行模式。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种并网设备的无功控制模式的切换方法，所述并网设备具备无功功率输出能力，且所述并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，其特征在于，包括：
实时检测监测点的电压；
当检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制并网设备进入越上限运行模式；
当检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制并网设备退出越上限运行模式；
当检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制并网设备进入越下限运行模式；
当检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制并网设备退出越下限运行模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进入越上限运行模式，包括：延时第一预设时长进入所述越上限运行模式；
所述退出越上限运行模式，包括：延时第二预设时长退出所述越上限运行模式；
所述进入越下限运行模式，包括：延时第三预设时长进入所述越下限运行模式；
所述退出越下限运行模式，包括：延时第四预设时长退出所述越下限运行模式。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：配置所述上限门槛电压、所述下限门槛电压和所述滞环宽度。
5.一种并网设备的无功控制模式的切换装置，所述并网设备具备无功功率输出能力，且并网设备的无功控制模式包括正常运行模式、越上限运行模式和越下限工作模式，其特征在于，包括：
检测单元，被配置为实时检测监测点的电压；
切换单元，被配置为当检测单元检测到监测点的电压大于上限门槛电压时，控制所述并网设备进入越上限运行模式；
所述切换单元，还被配置为当检测单元检测到监测点的电压小于所述上限门槛电压-滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足预定条件时，控制所述并网设备退出越上限运行模式；
所述切换单元，还被配置为当所述检测单元检测到监测点的电压小于下限门槛电压时，控制所述并网设备进入越下限运行模式；
所述切换单元，还被配置为当所述检测单元检测到监测点的电压大于所述下限门槛电压+滞环宽度，并且并网设备当前输出无功功率满足所述预定条件时，控制退出越下限运行模式。
6.根据权利要求5所述的切换装置，其特征在于，所述预定条件包括以下至少一项：并网设备当前输出无功功率不大于正常运行模式下的无功功率限幅，或者并网设备当前输出无功功率引起的所述监测点的电压降不大于所述滞环宽度。
7.根据权利要求5所述的切换装置，其特征在于，
所述切换单元，被配置为延时第一预设时长控制所述并网设备进入所述越上限运行模式；
所述切换单元，被配置为延时第二预设时长控制所述并网设备退出所述越上限运行模式；
所述切换单元，被配置为延时第三预设时长控制所述并网设备进入所述越下限运行模式；
所述切换单元，被配置为延时第四预设时长控制所述并网设备退出所述越下限运行模式。
8.根据权利要求5所述的切换装置，其特征在于，所述监测点为公共 连接点PCC，其中所述PCC位于柔性直流换流站受端的第二联结变压器与送电交流电网之间，或者，所述PCC位于柔性直流换流站送端的第一联结变压器与受电交流电网之间。
9.根据权利要求5-8任一项所述的切换装置，其特征在于，所述切换装置还包括：控制单元，用于配置所述上限门槛电压、所述下限门槛电压和所述滞环宽度。
10.一种电力系统，其特征在于，包括：权利要求5-9任一项所述的并网设备的无功控制模式的切换装置。
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