CN107749630B - 一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法 - Google Patents

一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法。所述方法包括：搭建含调相机的电网的数据模型；采取交直流系统故障校核电网的稳定性；区分故障所造成的电压稳定问题的类型；若是调相机的近区电网低电压悬浮问题，则首先分轮次投切低压容抗器，然后对调相机采取定最大无功输出控制；若是近区电网电压崩溃问题，则对调相机采取定最大无功输出控制；之后，判断系统电压是否恢复，若是，则退出，否则首先分轮次投切低压容抗器，其次调相机采取定最大无功输出控制。本发明提供的方法可针对调相机的近区电网电压提供紧急控制和控制指标，为新一代调相机参与近区电网电压协调紧急控制提供技术参考。

Description

一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法及系统。
背景技术
调相机具备技术成熟度高、运行稳定性好、调节能力强的技术特点，并且占地面积约为同容量SVC(Static Var Compensator，静止无功补偿器)的1/3，寿命可达30年之久。国内调相机单机最大设计容量可达300Mvar，使得调相机能够用于解决电力系统动态无功储备不足、局部电压稳定性较差的问题。
依据规划，我国电网将在直流送端、直流大功率受入地区以及多馈入受电地区应用调相机技术。直流送端例如天中直流送端配置调相机后，可以降低直流输送能力对火电开机方式的依赖，将直流输送能力提高至六输送功率，并提高新能源输送比例；直流大功率受入地区例如祁邵、哈郑、浙南及藏中直流受端的电网配置调相机后，可以提高系统电压稳定性。
目前，调相机应用的目标主要是解决常规直流在交流系统严重故障情况下的换相失败问题，不参与近区电网无功电压协调控制。对于电压稳定问题突出的地区，2台300MVar调相机的动态无功仅在交流系统故障期间发挥无功支撑、抑制换相失败，不能解决近区电压长期低点悬浮以及与近区500kV变电站低容、低抗的协调紧急控制问题。因此，需要提出一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提出一种含调相机的近区电网电压协调紧急控制方法。通过本方法，可针对调相机近区出现低电压悬浮问题和电压崩溃问题，对调相机和近区低压容抗器采取协调紧急控制。
本发明提供的第一优选实施例中提供一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法，包括：
步骤1：搭建含调相机的电网的数据模型：
步骤2：采取交直流系统故障校核所述电网的稳定性；
步骤3：区分故障所造成的电压稳定问题的类别：若属于调相机的近区电网低电压悬浮，则转到步骤4；若属于调相机的近区电网电压崩溃，则转到步骤7；
步骤4：投/切容抗器；
步骤5：所述调相机采取定最大无功输出控制；
步骤6：判断所述调相机的近区电网电压是否稳定：若所述调相机的近区电网电压不稳定，则转至步骤4：若所述调相机的近区电网电压稳定，则转至步骤8；
步骤7：对所述调相机采取强励控制；
步骤8：逐步降低所述调相机无功输出，至全部释放其动态无功支撑能力；
步骤9：控制流程结束。
本发明提供的第二优选实施例中，所述步骤1包括：采用电力系统仿真软件，根据调相机接入电网结构，搭建含调相机的电网数据模型，所述电网的数据模型包括潮流数据模型和稳定数据模型。
本发明提供的第三优选实施例中，所述步骤2包括：
调整所述潮流数据模型的稳态出力为零，以及控制所述稳定数据模型定无功输出为零；
交流采取N-1、或N-2故障；
直流采取单极、或双极闭锁故障；以及，
校核步骤1所搭建的所述电网的稳定性，以校核所述电网在不考虑所述调相机动态无功支撑能力情况下的稳定特性。
本发明提供的第四优选实施例中，所述步骤3包括对步骤2得出的校核结果按照稳定情况进行分类；
若故障后系统稳定，但所述调相机的近区电网低电压悬浮，则转步骤4；其中所述调相机的近区电网低电压悬浮是指调相机的近区主网架电压虽然满足电压稳定的要求，但无法恢复至0.95p.u.以上；
若故障后所述调相机的近区电网电压崩溃，则所述调相机的近区电网电压失稳，则转步骤7。
本发明提供的第五优选实施例中，所述步骤4包括在系统故障后投/切容抗器，其中故障后0.3s内投/切第一轮；每轮投/切容抗器的容量，与所述调相机采取定机端电压控制模式下的稳态无功输出之间应满足如下关系：
Figure BSA0000152174750000031
式中，
Figure BSA0000152174750000032
表示为每轮投/切容抗器的容量，以投入电容为正，
Figure BSA0000152174750000033
表示为调相机采取定机端电压控制模式下的稳态无功输出，以发出无功为正；通过满足上式要求，可以保证
Figure BSA0000152174750000034
与QT正负号相同，从而不会出现电网无功支撑能力的内耗。
本发明提供的第六优选实施例中，所述步骤5包括：所述调相机采取定最大无功输出控制；其中，最大无功输出取调相机额定输出；采取控制的时刻选择在调相机无功输出第二次波动的波峰前；在所述采取控制的时刻向调相机下达无功输出指令，使调相机无功输出至所述额定输出。
本发明提供的第七优选实施例中，所述步骤6包括判断所述调相机的近区电网电压是否可以稳定恢复至0.95p.u.以上：若是则转步骤8；若否则转步骤4。
本发明提供的第八优选实施例中，所述步骤7包括：对所述调相机采取强励控制，使其励磁系统过励，利用所述调相机暂态过载能力，发挥其最大的暂态无功支撑能力，以稳定所述调相机的近区电网电压，避免所述调相机的近区电网电压崩溃。
本发明提供的第九优选实施例中，所述步骤8包括：电网AVC介入调整，通过控制调相机的近区发电机无功输出、优化容抗器的投/切，以全部释放动态无功支撑能力为目标，逐步释放所述调相机的动态无功支撑能力。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：
1.本发明提供的技术方案考虑了电压稳定问题突出的地区的低电压悬浮及电压崩溃问题，拓展了调相机的应用场景，提出了一种含调相机的近区电网电压协调紧急控制方法，综合利用了调相机及近区500kV变电站低容、低抗。
2.本发明提供的含调相机的近区电网电压协调紧急控制方法，可针对调相机近区电网电压的紧急控制提供方法和控制指标，为新一代调相机参与近区电网电压的协调和紧急控制提供技术参考，具有很好的可计算性和广泛适应性，并且计算简单，速度快，填补了相关领域评估方法的空白。
附图说明
图1是本发明提供的一种含调相机的近区电网电压协调紧急控制方法流程图；
图2是湖南电网结构示意图；
图3是祁韶直流双极闭锁调相机的近区500kV变电站母线电压曲线图1(计及2台300Mvar调相机)；
图4是祁韶直流双极闭锁调相机的近区500kV变电站母线电压曲线图2(计及2台300Mvar调相机)；
表1是韶山调相机的近区500kV站点首轮低容投入情况
图5是祁韶直流双极闭锁调相机的近区500kV变电站母线电压曲线图1(计及2台300Mvar调相机并投电容)；
图6是祁韶直流双极闭锁调相机的近区500kV变电站母线电压曲线图2(计及2台300Mvar调相机并投电容)；
图7是祁韶直流双极闭锁故障后韶山换调相机无功输出(投电容)；
图8是祁韶直流双极闭锁故障后，采取定最大无功输出控制后近区500kV变电站母线电压曲线图1(计及2台300Mvar调相机并投电容)：
图9是祁韶直流双极闭锁故障后，采取定最大无功输出控制后近区500kV变电站母线电压曲线图2(计及2台300Mvar调相机并投电容)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明。
本发明提供一种含调相机的近区电网电压协调紧急控制方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤1.搭建含调相机的电网的数据模型：
步骤2.不考虑调相机动态无功支撑能力，采取交直流系统故障校核所述电网的稳定性；
步骤3.判断区分故障所造成的电压稳定问题的类别：若属于调相机的近区电网低电压悬浮，则转到步骤4：若属于调相机的近区电网电压崩溃，则转到步骤7；
步骤4.投/切容抗器；投/切容抗器可能需要多轮次进行，具体地每一轮投/切容抗器后是否需要再进行下一轮，是由后续的步骤6中的判断结果决定；
步骤5.所述调相机采取定最大无功输出控制；：
步骤6.判断所述调相机的近区电网电压是否稳定：若所述调相机的近区电网电压不稳定，则转至步骤4，此时进行新一轮投/切容抗器：若所述调相机的近区电网电压稳定，则转至步骤8；
步骤7.对所述调相机采取强励控制；
步骤8.逐步降低调相机无功输出，至全部释放其动态无功支撑能力；
步骤9.控制流程结束。
上述实施例中，步骤1采用电力系统仿真软件，采用电力系统仿真软件，根据调相机接入电网结构，搭建含调相机的电网数据模型，所述电网的数据模型包括潮流数据模型和稳定数据模型。
其中：
步骤2调整所述潮流数据模型的稳态出力为零，控制所述稳定数据模型定无功输出为零，同时交流采取N-1、或N-2故障，直流采取单极、或双极闭锁故障，在此条件下校核步骤1所搭建的所述电网的稳定性.以校核所述电网在不考虑所述调相机动态无功支撑能力情况下的稳定特性。
步骤3对步骤2得出的校核结果按照稳定情况进行分类。若故障后系统稳定，但所述调相机的近区电网低电压悬浮，则转步骤4。若故障后所述调相机的近区电网电压崩溃，则所述调相机的近区电网电压失稳，则转步骤7。其中所述调相机的近区电网低电压悬浮是指调相机的近区主网架电压虽然满足电压稳定的要求，但无法恢复至0.95p.u.以上。具体地，对于调相机近区500kV主网架电压，低电压悬浮的判断指标可以是调相机近区变电站母线电压无法恢复至500kV以上。
步骤4包括在系统故障后投/切容抗器，故障后0.3s内投/切第一轮。步骤4投/切容抗器可能仅进行一轮，也可能进行多轮，具体要根据步骤6中的判断结果决定循环的轮次。
每轮投/切容抗器的容量，与所述调相机采取定机端电压控制模式下的稳态无功输出之间应满足如下关系：
Figure BSA0000152174750000061
式中，
Figure BSA0000152174750000062
为每轮投/切容抗器的容量，以投入电容为正，QT为调相机采取定机端电压控制模式下的稳态无功输出，以发出无功为正。满足上式要求，可以保证
Figure BSA0000152174750000063
与Qt正负号相同，从而不会出现电网无功支撑能力的内耗。
步骤5包括所述调相机采取定最大无功输出控制。其中，最大无功输出取调相机额定输出；采取控制的时刻选择在调相机无功输出第二次波动的波峰前：在所述采取控制的时刻向调相机下达无功输出指令，使调相机无功输出至所述额定输出。
步骤6包括判断所述调相机的近区电网电压是否可以稳定恢复至0.95p.u.以上。若是则转步骤8：若否则转步骤4，，进行新一轮投/切容抗器。
步骤7包括：对所述调相机采取强励控制，使其励磁系统过励，利用所述调相机暂态过载能力，发挥其最大的暂态无功支撑能力，以稳定所述调相机的近区电网电压，避免所述调相机的近区电网电压崩溃。
步骤8逐步减少调相机无功输出，至全部释放其动态无功支撑能力。电网AVC(Automatic Voltage Control，自动电压控制)介入调整，通过控制近区发电机无功输出、优化近区低压容抗器的投切，逐步释放调相机的动态无功支撑能力。
步骤9完成全部控制流程，其中步骤4～7为电压协调紧急控制过程，步骤8为电网AVC介入调整的过程。
实施例2
下面以祁邵直流近区电网为例对本发明提供的技术方案作进一步详细说明，祁邵直流受端配套建设300MVar调相机。
步骤1，搭建含调相机的电网的潮流数据模型和稳定数据模型。在PSD-BPA程序中，建立含调相机的电网数据，系统基准容量取100MVA，设备参数均取以系统基准容量为参考的标幺值。调节电网运行方式，具体电网结构如附图2所示。
步骤2，对第一步所搭建的电网进行稳定性校核。具体地，调整所述潮流数据模型的稳态出力为零，以及控制所述稳定数据模型定无功输出为零；同时，交流采取N-1、或N-2故障，直流采取单极、或双极闭锁故障，对步骤1所搭建的潮流数据模型和稳定数据模型的两种方式的电网进行稳定性校核。
步骤3，对步骤2稳定性校核结果分析表明，祁韶直流双极闭锁故障发生后，调相机的近区500kV变电站母线电压曲线如图3、图4所示。仿真结果表明，受潮流大规模转移的影响，调相机的近区除500kV民丰站外，其余各站500kV母线的稳态恢复电压低于500kV，鼎功、星城、云田的稳态电压低至490kV。因此，存在低电压悬浮问题，转步骤4。
步骤4，故障后0.3s在近区500kV变电站首轮低压容抗器的容量
Figure BSA0000152174750000072
投入共1120Mvar，如表1所示，调相机的近区500kV母线电压恢复情况如图5、图6所示。韶山换流站调相机无功出力如图7所示。
仿真结果表明，暂态过程中调相机最大无功输出325MVar，稳态无功输出QT100Mvar，与不采取快投电容器措施的方式相比，调相机稳态无功输出减少了75Mvar。此时：
Figure BSA0000152174750000071
表明投入电容时调相机稳态发出无功功率，保证了不会出现电网无功支撑能力的内耗，转步骤5。
表1
Figure BSA0000152174750000081
步骤5，对调相机采取定最大无功输出控制。最大无功输出取调相机的额定输出，采取控制的时刻选择在调相机无功输出第二次波动的波峰前。在该采取控制的时刻向调相机下达无功输出指令，使调相机无功输出至额定值。采取定最大无功输出控制后近区500kV变电站母线电压曲线如图8、图9所示，转步骤6。
步骤6，由图8、图9判断可知，近区500kV变电站母线电压均稳定恢复至500kV以上，转步骤8。
步骤8，逐步减少调相机无功输出。电网AVC(Automatic Voltage Control，自动电压控制)介入调整，通过控制近区发电机无功输出、优化近区低压容抗器的投切，以全部释放动态无功支撑能力为目标，逐步释放调相机的动态无功支撑能力。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处现设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处现设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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范围当中。

Claims (7)

1.一种调相机的近区电网电压协调紧急控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：搭建含调相机的电网的数据模型；
步骤2：采取交直流系统故障校核所述电网的稳定性；
步骤3：区分故障所造成的电压稳定问题的类别：若属于调相机的近区电网低电压悬浮，则转到步骤4，其中所述调相机的近区电网低电压悬浮是指调相机的近区主网架电压虽然满足电压稳定的要求，但无法恢复至0.95p.u.以上；若属于调相机的近区电网电压崩溃，则转到步骤7；
步骤4：投/切容抗器，包括：在系统故障后投/切容抗器，其中故障后0.3s内投/切第一轮；每轮投/切容抗器的容量，与所述调相机采取定机端电压控制模式下的稳态无功输出之间应满足如下关系：
QL/C×QT＞0
式中，QL/C表示为每轮投/切容抗器的容量，以投入电容为正，QT表示为调相机采取定机端电压控制模式下的稳态无功输出，以发出无功为正；满足上式要求，可以保证QL/C与QT正负号相同，从而不会出现电网无功支撑能力的内耗；
步骤5：所述调相机采取定最大无功输出控制；其中，最大无功输出取调相机额定输出；采取控制的时刻选择在调相机无功输出第二次波动的波峰前；在所述采取控制的时刻向调相机下达无功输出指令，使调相机无功输出至所述额定输出；
步骤6：判断所述调相机的近区电网电压是否稳定：若所述调相机的近区电网电压不稳定，则转至步骤4；若所述调相机的近区电网电压稳定，则转至步骤8；
步骤7：对所述调相机采取强励控制；
步骤8：逐步降低所述调相机无功输出，至全部释放其动态无功支撑能力；
步骤9：控制流程结束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：采用电力系统仿真软件，根据调相机接入电网结构，搭建含调相机的电网数据模型，所述电网的数据模型包括潮流数据模型和稳定数据模型。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
调整所述潮流数据模型的稳态出力为零，以及控制所述稳定数据模型定无功输出为零；
交流采取N-1、或N-2故障；
直流采取单极、或双极闭锁故障；以及，
校核步骤1所搭建的所述电网的稳定性，以校核所述电网在不考虑所述调相机动态无功支撑能力情况下的稳定特性。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括对步骤2得出的校核结果按照稳定情况进行分类；
若故障后系统稳定，但所述调相机的近区电网低电压悬浮，则转步骤4；
若故障后所述调相机的近区电网电压崩溃，则所述调相机的近区电网电压失稳，则转步骤7。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括判断所述调相机的近区电网电压是否可以稳定恢复至0.95p.u.以上：若是则转步骤8；若否则转步骤4。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7包括：对所述调相机采取强励控制，使其励磁系统过励，利用所述调相机暂态过载能力，发挥其最大的暂态无功支撑能力，以稳定所述调相机的近区电网电压，避免所述调相机的近区电网电压崩溃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤8包括：电网AVC介入调整，通过控制调相机的近区发电机无功输出、优化容抗器的投/切，以全部释放动态无功支撑能力为目标，逐步释放所述调相机的动态无功支撑能力。
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