CN108123456B - 一种提高近区直流换相失败恢复速度的statcom附加控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高近区直流换相失败恢复速度的STATCOM附加控制方法，该方法根据STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间的电压关联因子评估STATCOM附加控制的可行性，若评估结果表明STATCOM附加控制可行，则在STATCOM交流电压控制器基础上增加附加控制器，根据近区直流系统的运行状态修改交流电压参考值。在直流换相失败之后，本发明充分利用直流近区STATCOM的动态无功支撑能力，提高换流母线电压水平，帮助直流系统更快恢复；该方法不改变STATCOM原有控制器的结构，实现起来简单方便，控制逻辑中考虑了直流系统不同的运行工况，适应性强、可靠性高。

Description

一种提高近区直流换相失败恢复速度的STATCOM附加控制 方法
技术领域
本发明属于电力系统柔性输配电技术领域，具体涉及一种提高近区直流换相失败恢复速度的STATCOM附加控制方法。
背景技术
电网换相高压直流输电(High-Voltage Direct Current，HVDC)技术适合于远距离、大容量输电，在我国电力系统中得到了广泛应用，但其运行依赖于受端电网提供电压支撑，当受端电网故障时，直流系统容易发生换相失败，导致直流功率传输中断。若直流系统不能快速从换相失败中恢复，系统稳定性将受到威胁，严重情况下会导致系统失稳。
柔性交流输电(flexibleAC Transmission System，FACTS)技术可以快速灵活的对系统运行状态进行调节，具有广泛的应用前景。静止同步补偿器(Static SynchronousCompensator，STATCOM)作为FACTS装置的一种，其基本结构如图1所示，电容器经桥式换流电路和电抗与母线相连，STATCOM控制器(其控制结构如图2所示)产生换流电路的触发信号，从而对STATCOM的输出进行控制。STATCOM可以连续快速地控制母线电压，并在故障后为系统提供动态无功支撑，有利于提高系统的电压稳定性和抗干扰能力，改善系统故障后的恢复特性。
目前对STATCOM改善HVDC运行特性的研究大多只考虑了STATCOM直接接在换流母线的情况。实际工程中STATCOM可能安装在HVDC近区的负荷母线处，以提高系统对直流故障和负荷变化的承受能力。此时，STATCOM对负荷母线电压的控制会对HVDC故障后的恢复产生影响，若控制不当，可能使HVDC恢复特性变差，而通过对STATCOM进行合理的附加控制，则可以帮助HVDC从换相失败中更快恢复，有利于提高系统运行的安全稳定性。
发明内容
鉴于上述，本发明提供了一种提高近区直流换相失败恢复速度的STATCOM附加控制方法，该方法在STATCOM交流电压控制器基础上增加附加控制器，根据近区直流的运行状态修改交流电压参考值，在直流换相失败之后，充分利用直流近区STATCOM的动态无功支撑能力，提高换流母线电压水平，帮助直流系统更快恢复。
一种提高近区直流换相失败恢复速度的STATCOM附加控制方法，包括如下步骤：
(1)根据电网系统中STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间的电压关联因子VCF评估STATCOM附加控制的可行性；
(2)若STATCOM附加控制可行，则在STATCOM定交流电压控制器的电压参考值Vref0上叠加一个控制信号Vsig得到新的电压参考值Vref，使新电压参考值Vref代替原电压参考值Vref0作为定交流电压控制器的输入，从而对STATCOM进行控制。
进一步地，所述步骤(1)的具体实现方法如下：
1.1根据直流换流母线所连的直流系统额定运行时消耗的无功功率Qdc以及STATCOM的容量Sstatcom，通过以下公式确定临界电压关联因子值VCFlimit：
VCFlimit＝α+βQdc/Sstatcom
其中：α和β均为预设的计算参数；
1.2计算STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间电压关联因子VCF；
1.3若VCF＞VCFlimit，则判定对STATCOM施加附加控制是可行的，否则附加控制不可行。
进一步地，所述步骤(2)中的控制信号Vsig为直流换流母线的电压设定值Vset与电压测量值Vm之差依次通过PI(比例积分)控制器以及限幅环节后得到。
进一步地，所述限幅环节的上下限阈值为Vsmax和-Vsmax；当直流换流母线所连的直流系统正常运行时，将Vsmax设置为0，从而使得控制信号Vsig为0；当检测到该直流系统发生换相失败时，将Vsmax设置为Vsmax0，Vsmax0为STATCOM正常运行下允许的交流电压最大幅值与电压参考值Vref0之差；当该直流系统从换相失败中成功恢复后，延时一段时间，重新将Vsmax设置为0；当检测到该直流系统闭锁时，立即将Vsmax设置为0。
本发明STATCOM附加控制方法充分利用STATCOM在故障后的快速响应特性，对直流换流母线提供无功支撑，帮助其更快从换相失败中恢复。本发明STATCOM附加控制方法不改变STATCOM原有控制器的结构，实现起来简单方便；限幅环节的控制逻辑考虑了直流系统不同的运行工况，适应性强、可靠性高。
附图说明
图1为STATCOM的结构示意图。
图2为STATCOM的控制器结构示意图。
图3为某实际电网局部结构示意图。
图4为STATCOM附加控制器的控制框图。
图5(a)为不添加附加控制时STATCOM的交流电压变化曲线图。
图5(b)为不添加附加控制时STATCOM的无功输出功率变化曲线图。
图6(a)为添加附加控制时STATCOM的交流电压变化曲线图。
图6(b)为添加附加控制时STATCOM的无功输出功率变化曲线图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
图3为某实际电网局部结构图，其中A点为直流逆变站，B点处安装了一套容量为±300MVA的STATCOM；该电网中STATCOM与直流逆变站距离较近，通过对STATCOM的附加控制可能改善直流换相失败后的恢复特性。
针对上述电网系统，采用本发明STATCOM附加控制方法，具体过程如下：
(1)评估STATCOM附加控制的可行性。
为评估STATCOM附加控制的可行性，首先根据直流系统额定运行时消耗的无功功率Qdc和STATCOM容量Sstatcom，设置临界电压关联因子值VCFlimit。
在本实例中，Qdc＝4000Mvar，Sstatcom＝300MVA，则临界电压关联因子值VCFlimit＝0.9+0.02*Qdc/Sstatcom＝0.93。
计算STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间的电压关联因子VCF，计算方法如下：在STATCOM所连交流母线B投入对称三相电抗器，使得该节点的电压下降1％时，换流母线A上的电压变化率即为电压关联因子，即：
其中：ΔUA为A点电压变化，UB为B点初始电压。一般0≤VCFji≤1，且VCF越大表明B点电压变化对A点的电压影响越大，即此时可以通过更小的本地电压调节有效改变母线A电压。
通过对实际系统计算，可得STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间的VCF＝0.97>VCFlimit。因此，可以认为对B点所连STATCOM进行附加控制可以有效调节直流换流母线电压，能够对直流系统恢复起到有利作用。
(2)在STATCOM定交流电压控制器上，增加附加控制器。
STATCOM的控制器基本结构如图2所示，主要包含定直流电压控制和定交流电压控制。其中，定直流电压控制的参考值为Vdcref，STATCOM直流电压实际值为vdc；定交流电压控制电压参考值为Vref，STATCOM所连母线交流电压实际值为vs。
为提高近区直流换相失败恢复速度，增加STATCOM附加控制器，其结构如图4所示，附加控制器主要包含PI控制器、限幅值调节模块、电压测量及通信环节等。图中Vact为直流换流母线交流电压有效值，Vm为经过测量和通信环节之后的换流母线交流电压测量值，Vset为换流母线交流电压设定值，Vref0为定交流电压控制器的初始交流电压设定值。
附加控制器通过PI控制改变附加控制信号Vsig，从而调整STATCOM定交流电压控制的电压参考值Vref。Vsmax为PI控制器输出限幅阈值，直流系统的运行状态信息传递到附加控制器中的限幅值调节模块，生成Vsmax，进而对PI控制器的输出进行限幅。
(3)限幅值调节模块的控制逻辑。
限幅值调节模块根据直流系统的运行状态信息修改限幅阈值Vsmax，具体修改方式如下：当直流系统正常运行时，限幅值调节模块设置Vsmax等于0；当检测到直流系统发生换相失败时，限幅值调节模块增大Vsmax为某一设定值Vsmax0；当直流系统从换相失败中成功恢复后，延时一段时间后，将Vsmax重新设置为0；当检测到直流系统闭锁时，立即将Vsmax设置为0。
其中Vsmax0＞0，需要人为事先给定，给定Vsmax0的原则是Vsmax0等于STATCOM正常运行允许的交流电压最大值与参考值Vref0之差。本实例中，STATCOM交流电压参考值Vref0为0.95p.u.，正常运行允许交流母线电压最大值为1.10p.u.，则可给出Vsmax0＝1.10-0.95＝0.15p.u.。
(4)应用上述附加控制前后的效果对比。
在前述电网中设定如下故障进行仿真：稳态运行至1s，E-D线路E节点侧发生三相接地短路故障，1.1s时故障线路跳开，该故障将导致直流发生换相失败。
在该故障下，添加附加控制前STATCOM交流电压实际值及设定值曲线和STATCOM无功输出变化曲线分别如图5(a)和图5(b)所示，添加附加控制后STATCOM交流电压实际值及设定值曲线和STATCOM无功输出变化曲线分别如图6(a)和图6(b)所示。
由图可见，添加附加控制前，故障清除后STATCOM交流电压实际值高于STATCOM电压参考值，STATCOM吸收无功功率；在短时过载后，吸收的无功功率保持为额定值。可见，STATCOM对直流换相失败的恢复起到了不利作用。
添加附加控制后，附加控制器在故障发生后检测到直流系统换相失败，附加控制器提高STATCOM电压参考值，使其高于实际母线电压；STATCOM发出无功功率，提升换流母线电压，帮助直流系统恢复；由此可见，通过添加附加控制，缩短了直流换相失败恢复时间。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高近区直流换相失败恢复速度的STATCOM附加控制方法，包括如下步骤：
(1)根据电网系统中STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间的电压关联因子VCF评估STATCOM附加控制的可行性，具体实现方法如下：
1.1根据直流换流母线所连的直流系统额定运行时消耗的无功功率Qdc以及STATCOM的容量Sstatcom，通过以下公式确定临界电压关联因子值VCFlimit：
VCFlimit＝α+βQdc/Sstatcom
其中：α和β均为预设的计算参数；
1.2计算STATCOM所连交流母线与直流换流母线之间电压关联因子VCF；
1.3若VCF＞VCFlimit，则判定对STATCOM施加附加控制是可行的，否则附加控制不可行；
(2)若STATCOM附加控制可行，则在STATCOM定交流电压控制器的电压参考值Vref0上叠加一个控制信号Vsig得到新的电压参考值Vref，使新电压参考值Vref代替原电压参考值Vref0作为定交流电压控制器的输入，从而对STATCOM进行控制。
2.根据权利要求1所述的STATCOM附加控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中的控制信号Vsig为直流换流母线的电压设定值Vset与电压测量值Vm之差依次通过PI控制器以及限幅环节后得到。
3.根据权利要求2所述的STATCOM附加控制方法，其特征在于：所述限幅环节的上下限阈值为Vsmax和-Vsmax；当直流换流母线所连的直流系统正常运行时，将Vsmax设置为0，从而使得控制信号Vsig为0；当检测到该直流系统发生换相失败时，将Vsmax设置为Vsmax0，Vsmax0为STATCOM正常运行下允许的交流电压最大幅值与电压参考值Vref0之差；当该直流系统从换相失败中成功恢复后，延时一段时间，重新将Vsmax设置为0；当检测到该直流系统闭锁时，立即将Vsmax设置为0。
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