CN107093903A - 一种利用statcom改善hvdc交流滤波器投切性能的控制方法 - Google Patents

Abstract

在高压直流输电交流滤波器与静止同步补偿器配合过程中，交流滤波器投切时的电压波动问题仍未解决。本发明提出一种STATCOM自适应变无功电流指令值的附加协调控制策略，同时利用变参数PI控制思想优化控制特性，以改善暂态电压波动和抑制交流滤波器频繁投切，进而达到改善直流输电系统运行性能的目的。

Description

一种利用STATCOM改善HVDC交流滤波器投切性能的控制方法

技术领域

本发明属于高压直流输电领域，具体涉及到一种利用静止同步补偿器(STATCOM)和交流滤波器进行协调控制，以改善交流滤波器频繁投切以及投切过程中的电压波动的方法。

背景技术

高压直流输电(HVDC)以其输送容量大、线路造价低、不存在稳定极限、可实现异步联网等优点，成为远距离、大功率输电的首选，为解决我国能源、负荷分布不均问题作出重要贡献。

在HVDC系统运行过程中，传输功率常常发生变化，引起交流滤波器频繁投切，削减设备使用寿命，对系统造成谐波冲击，引起系统振荡。并且，滤波器本身属于离散型无功补偿设备，在投切时会造成无功阶跃变化，引起电压突变，给设备增加额外应力，对设备以及系统安全不利。

现实工程中STATCOM与交流滤波器协调配合机制较为简单，且对于交流滤波器投切瞬间的电压波动这一问题尚未解决。因此，为进一步提升交流滤波器在投切瞬间对电压的抑制能力，减少其动作次数，降低设备损耗，探寻更加优越的STATCOM与交流滤波器协调配合机制尤为重要。

发明内容

为改善高压直流输电中交流滤波器频繁投切以及投切过程中的电压突变问题，本发明提出了利用STATCOM改善交流滤波器投切性能的方法，该方法不仅能有效减少滤波器动作次数，减少设备损耗，也能有效抑制滤波器投切过程的电压突变现象。

本发明的技术方案是：当系统无功变化时，STATCOM先动作，以抑制电压波动，减少常规无功补偿装置的动作次数；而当无功变化超出STATCOM补偿范围一定值后，滤波器动作以使STATCOM具有更充裕的补偿能力，来应对接下来的无功变化；而在交流滤波器投切时，根据滤波器投切瞬间系统的无功缺额水平，在STATCOM定交流电压控制输出的无功电流指令值上适时叠加附加分量，从而根据工况短时间内更多地增加或减少STATCOM发出或吸收无功。

同时利用变参数PI控制思想，即当电压波动较大时，增大比例增益系数，减少积分增益系数，以获得更快的响应速度，减少系统超调；而当系统处于稳态时，减少比例增益系数，增大积分增益系数，维持系统的稳定。

本发明提供了一种利用STATCOM改善交流滤波器投切性能的方法，该方法包括具体的设计步骤和全面的仿真实验条件，能有效抑制交流滤波器动作次数和系统电压变化，尤其是交流滤波器投切瞬间的电压突变现象，与实际工程贴近度较高。

附图说明

图1为含STATCOM的高压直流输电系统拓扑图；

图2是STATCOM电压双闭环控制图；

图3是STATCOM与交流滤波器附加协调控制框图；

图4为交流滤波器切除时，无附加控制和含附加控制的不同系统各电气量波形对比图；

图5为交流滤波器投入时，无附加控制和含附加控制的各电气量波形对比图。

图2中，U_ac ^*、U_ac分别为交流母线电压指令值与实际值，U_c ^*与U_c为STATCOM每个H桥直流侧电压指令值与实际值；I_q ^*、I_q分别为无功电流指令值和实际值；I_d ^*和I_d分别为有功电流指令值和实际值；U_gd和U_gq分别为交流电压有功和无功分量；U_{d_ref}和U_{q_ref}分别为最终输出交流电压有功和无功分量指令值；S_a、S_b、S_c为最终输出三相脉冲控制信号。

图3中，U_ac ^*、U_ac分别为交流母线电压指令值与实际值；ΔI₁和ΔI₂为滤波器投切前，反应系统无功不平衡值大、小的附加电流峰值，且峰值大小随系统无功不平衡值变化而变化；K₁为投切信号，投入为1，切除为-1；T₁、T₂为积分时间常数；T₃为附加控制延迟消除的时间常数，附加控制在启动并延迟该时长后，逐渐清除，以增大STATCOM的调节范围和防止长时间过负荷；I_q ^*是定交流电压控制输出无功电流指令值，I_q1 ^*是输出无功电流指令值。

具体实施方式

现在结合附图和实施例详细描述本发明的具体实施方式，但本发明不受所描述实施例所限制。

步骤如下：

1)以国内某±800kV直流输电实际工程为例，搭建含STATCOM的高压直流输电模型，如图1所示；

2)设置交流滤波器动作死区和滞环范围共210Mvar，并将STATCOM纳入到交流滤波器控制策略中；

3)当系统无功变化时，STATCOM先动作，以抑制电压波动，减少常规无功补偿装置的动作次数；而当系统无功变化超出STATCOM补偿范围一定值后，滤波器动作以使STATCOM具有更充裕的补偿能力，来应对接下来的无功变化。具体公式如公式(1)(2)所示。

当满足式(1)时，切除一个交流滤波器小组：

Q_dc-Q_filter≤Q_ac-Q_死区-Q_margin-Q_s (1)

当满足式(2)时，投入一个交流滤波器小组：

Q_dc-Q_filter≥Q_ac+Q_死区+Q_margin+Q_s (2)

式(1)(2)中：Q_dc为换流器消耗的无功；Q_filter为此时已投入交流滤波器的容量；Q_ac为设定的理想不平衡无功，工程上大多为0；Q_死区用于防止交流滤波器频繁动作，一般为单个交流滤波器小组额定无功容量的0.7倍；Q_margin是考虑系统滞环所设置的无功裕度，一般设为单组交流滤波器额定容量的20％左右。

4)设计图3所示的附加控制框图，根据交流滤波器投切瞬间系统的无功缺额水平，在STATCOM定交流电压控制输出的无功电流指令值上适时叠加附加分量，从而根据工况短时间内更多地增加或减少STATCOM发出或吸收无功。同时利用变参数PI控制思想，即当电压波动较大时，增大比例增益系数，减少积分增益系数，以获得更快的响应速度，减少系统超调；而当系统处于稳态时，减少比例增益系数，增大积分增益系数，维持系统的稳定。

由图4和图5可以看出，采用本发明提出的方法，即通过添加含附加控制的STATCOM，比现有控制方案能更好抑制电压波动，减少滤波器频繁投切，改善系统暂态性能，有利于直流输电的正常稳定运行。

Claims (3)

1.一种改善高压直流输电工程中交流滤波器投切性能的方法，通过STATCOM与交流滤波器协调配合，并添加附加控制，以抑制交流滤波器频繁投切和投切过程中的电压波动。

2.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征是：当系统无功变化时，STATCOM先动作，以抑制电压波动，减少常规无功补偿装置的动作次数；而当无功变化量超出STATCOM补偿范围一定值后，交流滤波器动作以使STATCOM具有更充裕的补偿能力，来应对接下来的无功变化。

3.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征是：根据交流滤波器投切瞬间系统的无功缺额水平，在STATCOM定交流电压控制输出的无功电流指令值上适时叠加附加分量，从而根据工况短时间内更多地增加或减少STATCOM发出或吸收无功。同时利用变参数PI控制思想，即当电压波动较大时，增大比例增益系数，减少积分增益系数，以获得更快的响应速度，减少系统超调；而当系统处于稳态时，减少比例增益系数，增大积分增益系数，维持系统稳定。