CN107947215A - 高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，首先检测高压直流输电线路逆变侧线路电压值，通过把逆变侧线路电压值标幺化后与标准值进行比较得到其差值。该差值通过限幅环节与比例环节后将其加在励磁机输入端的标准值上，最后在将两者的和接入励磁机的输入端。即对于高压直流输电线路采用同步调相机进行电压补偿后出现电压波动的情况下，利用上述的控制方法可以快速地稳定逆变侧线路电压，抑制同步调相机补偿电压之后出现的电压波动。本发明不仅能够有效的抑制同步调相机补偿电压后出现的电压波动，同时对同步调相机并网过程中的电压波动也有一定的抑制作用。

Description

高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，属于高压直流输电稳压控制技术领域。

背景技术

随着远距离直流输电技术的日益成熟，高压直流输电的经济性得到了保证，高压直流输电系统得到了大规模的建设，直流输电系统的电压等级不断提高，容量飞速增长。直流输电系统的安全运行需要交流电网提供充足的无功功率。对于现有的静止无功补偿手段，同步调相机的无功输出不受电网运行状态的影响，可以在自动励磁控制系统(AVR)的作用下实现快速的无功电能输出。

同步调相机是处于无负载运行状态下的一种特殊同步电动机，它的作用是从电网吸收无功或者是向电网提供无功功率。由于其不带机械负载，也没有机械能量输入，因此调相机不会与电网发生有用能量交换，相应的，调相机的机端电压U和定子电流I之间的相位差为90°。随着励磁系统对转子励磁磁通Φ ₀的调节，调相机定子内由转子旋转磁场所产生的空载反电势E ₀的幅值也发生着变化，当励磁电流较大时，空载反电势的幅值E ₀大于网侧电压U，定子电流I的相位超前于U，调相机表现为电容器，输出感性无功。当调相机转子励磁不足时，由于空载反电势小于网侧电压，调相机表现为电感器，吸收感性无功。由向量图可知，调相机输出的感性无功电流大小不仅取决于空载反电势E ₀，还决定于网侧电压U和电机定子电抗X _a。

调相机作为常见的动态无功补偿装置，对电网的作用如下：(1)为电网的无功电压调节提供有效的技术手段，利用实现电网逆调压；(2)为高比例直流受电的局部电网提供有效的动态无功支撑，从而提高电网的动态电压稳定裕度；提高直流站的短路比，增强直流站接入的交流系统。(3)减小交流电网故障时直流换相失败的范围和概率，从而简化特高直流送受端电网间的运行制约关系。

随着电力电子技术的成熟，电网的无功补偿装置逐渐转向了静止无功补偿设备。长时间的运行经验空白使得电力公司运维单位缺乏对大型旋转电机的运行维护经验。目前，国内外对同步调相机这一较为成熟的电机研究的较少，研究的中心放在调相机的参数辨识，暂态过程和暂态性能研究等方面。对于同步调相机对交直流输电系统的电压补偿还没有进行研究，特别是同步调相机进行电压补偿时的控制方法。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，包括步骤如下：

第一步，检测高压直流输电线路逆变侧线路电压值；

第二步，求取线路电压标幺值与标准值1之间的差值，即得到线路电压与标准电压之间的标幺化的误差值；

第三步，对误差值进行处理；

第四步，控制量输出；

第五步，通过励磁机自动对比新的输入值V_ref与线路电压对EF进行调节，同步调相机经变压器与输电线路逆变测交流母线相连。

作为优选方案，所述第一步包括：使用电压检测元件，如：电压互感器得到高压直流输电线路逆变侧线路电压值并计算其标幺值作为控制的输入值。

作为优选方案，所述第三步包括，通过限幅环节与比例环节调整误差值，限幅环节用于防止出现误差过大，同步调相机无法调节的情况；比例环节功能用于对于不同程度的扰动加速或减速同步调相机的电压补偿。

作为优选方案，所述第四步包括，将处理后的误差值与线路标准电压值对应的励磁机输入值相加，作为励磁机的新的输入值V_ref。

作为优选方案，所述第五步包括：EF随着V_ref的变化而变化，励磁电压的改变会导致同步调相机的电压补偿量发生改变，进而实现对于同步调相机电压补偿量的控制，实现快速稳压。

作为优选方案，正常情况下，当V _ref 值维持在变压器变比值时，EF值会维持在1，即此时同步调相机不调节线路电压；

当V _ref 增大时，EF会减小，当EF小于1时，同步调相机表现为电感器，吸收无功，从而拉低线路电压；反之，当V _ref 减小时，EF会增大；

当EF大于1时，同步调相机表现为电容器，发出感性无功，从而补偿线路电压。

有益效果：本发明提供的高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其显著优点：（1）利用同步调相机进行电压补偿，相比于静止无功补偿手段同步调相机的无功输出不受电网运行状态的影响，可以在自动励磁控制系统(AVR)的作用下实现快速的无功电能输出。（2）可以实现高压直流输电线路经同步调相机补偿后出现的电压波动的快速稳压。（3）对同步调相机并网过程中的线路电压波动具有一定的抑制作用。

附图说明

图1是本发明快速稳压控制方法的流程图。

图2是未加该控制方法前原系统控制框图。

图3是本发明控制方法的控制框图。

图4是添加扰动后线路电压标幺化后波形图。

图5是接入同步调相机后线路电压标幺值波形图。

图6是处理后的误差值与线路标准电压值对应的励磁机输入值Vref相加后的波形图。

图7是使用本发明的控制方法后线路电压标幺值波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2所示，同步调相机与线路电压之比为变压器的变比值，即为励磁机的标准输入值，励磁机通过对比输入值V_ref与线路电压对EF进行控制。EF随着V_ref的变化而变化，同步调相机根据EF的值表现出电容器或电感器，从而提供或吸收输电系统的无功功率，实现调整电路电压的目的。

如图3所示，线路标幺值V_rms与标准值1之间的差值，即误差值。将误差值通过限幅环节和比例环节调整误差值，将处理后的误差值与线路标准电压值对应的励磁机输入值相加，作为励磁机新的输入值，励磁机通过自动对比V_ref与线路电压对EF进行调节，从而实现快速稳压控制。

如图1所示，本发明高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，具体步骤如下：

第一步，检测高压直流输电线路逆变侧线路电压值，即使用电压互感器等电压检测元件得到高压直流输电线路逆变侧线路电压值并计算其有效值。在有效值标幺化后作为控制的输入值。

如图4所示，在逆变侧电源添加一个扰动后线路电压标幺化后波形图，扰动在5 s到6 s之间，是频率为1 Hz的正弦扰动。在没有发生扰动时，线路电压标幺值稳定在1，在发生扰动后，线路电压发生了波动。在接入同步调相机后，线路电压标幺值如图5所示。由于同步调相机的补偿作用，线路电压扰动变小，但是会有小幅波动，该波动一直持续到8 s才结束。接入同步调相机之后的波形图对应的标幺值即为控制的输入值。

第二步，求取线路标幺值与标准值1之间的差值，即得到线路电压与标准电压之间的标幺化的误差值。

第三步，对误差值进行处理，即通过限幅环节与比例环节调整误差值，限幅环节功能为防止出现误差过大，同步调相机无法调节的情况。比例环节功能为对于不同程度的扰动加速或减速同步调相机的电压补偿。

第四步，控制量输出，即将处理后的误差值与线路标准电压值对应的励磁机输入值相加，作为励磁机的新的输入值，从而改变励磁机对于同步调相机的励磁电压，改变同步调相机对于线路电压的补偿量。

第五步，通过励磁机自动对比新的输入值V_ref与线路电压对EF进行调节，同步调相机经变压器与输电线路逆变测交流母线相连。如图6所示，处理后的误差值与线路标准电压值对应的励磁机输入值V _ref 相加后的波形图。励磁机通过自动对比V _ref 与线路电压值对EF进行调节。由于励磁机的传递函数的动态特性为输出的EF的变化与输入V _ref 的变化是负相关的。正常情况下，当V _ref 值维持在变压器变比值时，EF值会维持在1，即此时同步调相机不调节线路电压。当V _ref 增大时，EF会减小，当EF小于1时，同步调相机表现为电感器，吸收无功，从而拉低线路电压。反之，当V _ref 减小时，EF会增大，当EF大于1时，同步调相机表现为电容器，发出感性无功，从而补偿线路电压。本发明是在励磁机自身控制的基础上添加对其输入端V _ref 的控制，从而实现同步调相机的快速调节。

如图7所示，使用本发明的控制方法后线路电压标幺值波形图。与图5相比，波动时间明显减小，图3中波动一直持续到8s结束，而采用本控制后，波动在6s基本维持稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其特征在于：包括步骤如下：

第一步，检测高压直流输电线路逆变侧线路电压值；

第二步，求取线路电压标幺值与标准值1之间的差值，即得到线路电压与标准电压之间的标幺化的误差值；

第三步，对误差值进行处理；

第四步，控制量输出；

第五步，通过励磁机自动对比新的输入值V_ref与线路电压对EF进行调节，同步调相机经变压器与输电线路逆变测交流母线相连。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其特征在于：所述第一步包括：使用电压检测元件，如：电压互感器得到高压直流输电线路逆变侧线路电压值并计算其标幺值作为控制的输入值。

3.根据权利要求1所述的高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其特征在于：所述第三步包括，通过限幅环节与比例环节调整误差值，限幅环节用于防止出现误差过大，同步调相机无法调节的情况；比例环节功能用于对于不同程度的扰动加速或减速同步调相机的电压补偿。

4.根据权利要求1所述的高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其特征在于：所述第四步包括，将处理后的误差值与线路标准电压值对应的励磁机输入值相加，作为励磁机的新的输入值V_ref。

5.根据权利要求1所述的高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其特征在于：所述第五步包括：EF随着V_ref的变化而变化，励磁电压的改变会导致同步调相机的电压补偿量发生改变，进而实现对于同步调相机电压补偿量的控制，实现快速稳压。

6.根据权利要求5所述的高压直流输电线路经同步调相机补偿后的快速稳压控制方法，其特征在于：正常情况下，当V _ref 值维持在变压器变比值时，EF值会维持在1，即此时同步调相机不调节线路电压；

当V _ref 增大时，EF会减小，当EF小于1时，同步调相机表现为电感器，吸收无功，从而拉低线路电压；反之，当V _ref 减小时，EF会增大；

当EF大于1时，同步调相机表现为电容器，发出感性无功，从而补偿线路电压。