CN109586311A - 一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，主要包括提出了一种调相机和直流的协调配合方案、以及在电网正常运行工况下的配合策略和在故障等工况下的协调配合策略，结果表明在该协调配合策略下调相机暂态无功支撑效果得到了提高，进而提高了电网电压的稳定水平和减小直流换相失败概率的发生，即提高特高压电网的安全稳定运行水平。

Description

一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体是一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法。
背景技术
由于特高压直流输电工程在技术上、经济上和安全性等方面的突出优势，我国已成为世界范围内远距离直流输电应用前景最为广阔的国家。但随着公司电网“强直弱交”问题的日渐突出，特高压直流输电工程对电网动态无功支撑提出了更高的需求，因此具有大容量双向动态无功支撑优等特点的新一代大型调相机应运而生，并将在特高压电网大规模部署开来。
然而，当前高压直流输电系统内静态无功补偿设备的投切控制通常以换流站与系统无功交换在指定范围内为目标，调相机则以控制机端母线和高压母线电压为目标，两者是独立控制，尚未实现有效的协调。
本申请的发明人在实现本发明的过程中经过研究发现：为充分发挥调相机的作用，在稳态工况下，合理控制调相机无功出力，可以有效减少换流站静态无功补偿设备的投切次数；同时，合理的控制静态无功补偿设备的投切，可以部分替换调相机的无功出力，进而提升调相机的动态无功储备，提升系统电压稳定水平。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，主要包括提出了一种调相机和直流的协调配合方案、以及在电网正常运行工况下的配合策略和在故障等工况下的协调配合策略，结果表明在该协调配合策略下调相机暂态无功支撑效果得到了提高，进而提高了电网电压的稳定水平和减小直流换相失败概率的发生，即提高特高压电网的安全稳定运行水平。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：建立调相机与直流控制保护系统及电网的信息交互，其中，调相机从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从调相机获取调相机的实际无功出力信息和机端电压信息；直流控制保护系统从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从直流控制保护系统中获取直流的有功功率、运行方式、系统交换无功和交流母线电压信息；
步骤(2)：HMI监控系统判断是否存在交流母线电压变化的工况，如果有，将交流母线电压变化工况分成两类：一是正常变化工况，若收到由电力调度中心发来的直流输送功率变化和电网运行方式变化的指令，则进入步骤(3)；二是未知的变化工况，若未收到电力调度中心发来的系统运行方式改变的指令及直流运行功率变化的指令，则进入步骤(5)；
步骤(3)：HMI监控系统根据电力调度中心发来电网运行方式变化和监测到的直流输送功率变化后工况，计算变化后稳态工况下，送受端换流站中调相机在送端和受端能充分发挥调相机暂态支撑能力的的最佳出力工况范围，该范围一般为0Mvar～80Mvar，根据式(2)计算调相机稳态无功出力值Qsc，并发出向调相机相应无功指令值，调相机收到相应的无功指令值后按照该无功指令值运行；调相机稳态无功出力值Qsc由式(2)得到：
Qsc＝Qs-Qdc+Qfl (2)
其中，Qs表示交流电网无功、Qdc表示直流换流变和换流器消耗无功，Qfl表示无功补偿装置提供总无功；
步骤(4)：直流控制保护系统根据HMI监控系统给出的调相机在稳态工况下的无功出力指令值、及自身换流器的无功需求，根据式(3)计算无功补偿装置投退个数，并向相应的无功补偿装置发出指令，相应的无功补偿装置根据指令值进行投退；
n＝(Qdc-Qsc)/Qfl (3)
其中，n表示无功补偿装置投退个数；Qfl表示无功补偿装置提供总无功；
步骤(5)：调相机直接响应发出无功功率来稳定系统电压，判断电压稳定后，直流控制保护系统是否发出闭锁信号；如果没有发出闭锁信号，则进入步骤(6)，否则进行步骤(7)；
步骤(6)：HMI监控系统根据调相机出力大小、系统运行方式和直流输送功率，计算此工况下调相机的最佳出力大小，将调相机在该工况下的无功指令值下发至调相机，调相机根据该指令值进行运行；直流系统根据HMI监控系统给出的调相机无功出力指令值、电网运行方式、直流输送功率、直流系统无功需求，计算无功补偿装置投退个数，进行向相应的无功补偿装置发出投退指令；
步骤(7)：如果收到直流闭锁信号，则直流系统正常闭锁，HMI监控系统将直流闭锁信号下发至调相机，调相机则根据交流电网当前电压水平进行强励或强减。
进一步的，调相机与直流控制保护系统及电网的信息交互具体为：调相机从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从调相机获取调相机的实际无功出力信息和机端电压信息；直流控制保护系统从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从直流控制保护系统中获取直流的有功功率、运行方式、系统交换无功和交流母线电压信息。
进一步的，步骤(2)中交流母线电压的的变化通过采集母线电压值，然后对采集的电压值和参考电压值进行比较，如大于门槛值，则认为直流运行电压发生变化，具体的，采用如下判断公式判断交流母线电压的变化：
|Vs-Vsc|＞Δv (1)
其中，Vs表示采集的交流母线电压值；Vsc表示交流系统电压参考值；Δv表示门槛值。
进一步的，步骤(2)中正常变化工况包括系统运行方式的改变和直流输送功率的改变，未知的变化工况包括由系统扰动或故障引起的变化工况。
本发明考虑了调相机与直流系统的协调控制，改变了当前调相机与直流均为单独控制的状态，可充分发挥调相机的暂态无功支撑能力和提高电网电压稳定水平，有利于直流换相失败发生的概率，同时可有减小换流站无功补偿装置的投退次数，对提升特高压直流的运行安全和经济性和可靠性有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法的l流程示意图；
图2是本发明实施例中调相机励磁系统中的控制回路图；
图3是实施例采用的含新一代调相机接入的特高压电网仿真模型，其中图3(a)含换流站的特高压直流仿真模型，图3(b)为调相机接入特高压换流站示意图；
图4是实施例中直流线路故障条件下本文所提协调配合方案、不含调相机、及调相机和直流单独控制3种工况下高压母线电压变化情况，蓝色为不加调相机、绿色为调相机与直流单独控制、红色为调相机与直流协调控制。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下结合实施例，具体阐述本发明提供的适用于新一代调相机与直流系统的协调配合方案，即一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)：建立调相机与直流控制保护系统及电网的信息交互，其中，调相机从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从调相机获取调相机的实际无功出力信息和机端电压信息；直流控制保护系统从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从直流控制保护系统中获取直流的有功功率、运行方式、系统交换无功和交流母线电压信息；
步骤(2)：HMI监控系统判断是否存在交流母线电压变化的工况，如果有，将交流母线电压变化工况分成两类：一是正常变化工况，若收到由电力调度中心发来的直流输送功率变化和电网运行方式变化的指令，则进入步骤(3)；二是未知的变化工况，若未收到电力调度中心发来的系统运行方式改变的指令及直流运行功率变化的指令，则进入步骤(5)；其中，采用如下判断公式判断交流母线电压的变化：
|Vs-Vsc|＞Δv (1)
其中，Vs表示采集的交流母线电压值，Vsc表示交流系统电压参考值，Δv表示门槛值。
步骤(3)：HMI监控系统根据电力调度中心发来电网运行方式变化和监测到的直流输送功率变化后工况，计算变化后稳态工况下，送受端换流站中调相机在送端和受端能充分发挥调相机暂态支撑能力的的最佳出力工况范围，该范围一般为0Mvar～80Mvar，根据式(2)计算调相机稳态无功出力值Qsc，并发出向调相机相应无功指令值，调相机收到相应的无功指令值后按照该无功指令值运行；调相机稳态无功出力值Qsc由式(2)得到：
Qsc＝Qs-Qdc+Qfl (2)
其中，Qs表示交流电网无功、Qdc表示直流换流变和换流器消耗无功，Qsfl表示无功补偿装置提供总无功。
步骤(4)：直流控制保护系统根据HMI监控系统给出的调相机在稳态工况下的无功出力指令值、及自身换流器的无功需求，根据式(3)计算无功补偿装置投退个数，并向相应的无功补偿装置发出指令，相应的无功补偿装置根据指令值进行投退；
n＝(Qdc-Qsc)/Qfl (3)
其中，n表示无功补偿装置投退个数；Qfl表示一台无功补偿装置提供无功。
步骤(5)：调相机直接响应发出无功功率来稳定系统电压，判断电压稳定后，直流控制保护系统是否发出闭锁信号；如果没有发出闭锁信号，则进入步骤(6)，否则进行步骤(7)；
步骤(6)：HMI监控系统根据调相机出力大小、系统运行方式和直流输送功率，计算此工况下调相机的最佳出力大小，将调相机在该工况下的无功指令值下发至调相机，调相机根据该指令值进行运行；直流系统根据HMI监控系统给出的调相机无功出力指令值、电网运行方式、直流输送功率、直流系统无功需求，计算无功补偿装置投退个数，进行向相应的无功补偿装置发出投退指令；
步骤(7)：如果收到直流闭锁信号，则直流系统正常闭锁，HMI监控系统将直流闭锁信号下发至调相机，调相机则根据交流电网当前电压水平进行强励或强减。
本发明的实施例提出的新一代大型调相机与直流输电系统的协调控制方案，考虑了调相机与直流系统的协调控制，改变了当前调相机与直流均为单独控制的状态，可充分发挥调相机的暂态无功支撑能力和提高电网电压稳定水平，有利于直流换相失败发生的概率，同时可有减小换流站无功补偿装置的投退次数，对提升特高压直流的运行安全和经济性和可靠性有重要意义。
图2所示，为本方案下调相机励磁系统内的增加环节。图3为调相机接入特高压换流站的示意图。图4所示为直流线路发生故障时，蓝色表示不含调相机、绿色表示调相机与直流单独控制、红色表示本发明所提的调相机与直流协调配合方案下的电网电压变化情况。从图4的仿真结果中可明显看出，通过对3种方式进行对比，本发明所提的调相机与直流协调配合方案，当电网发生相同故障时，系统电压上升的幅值最低、在故障消失后系统电压下降最小，且系统电压最快达到稳定水平，由此可以看出在该协调配合方案下电网电压水平得到了有效提升。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)：建立调相机与直流控制保护系统及电网的信息交互；
步骤(2)：HMI监控系统判断是否存在交流母线电压变化的工况，如果有，将交流母线电压变化工况分成两类：一是正常变化工况，若收到由电力调度中心发来的直流输送功率变化和电网运行方式变化的指令，则进入步骤(3)；二是未知的变化工况，若未收到电力调度中心发来的系统运行方式改变的指令及直流运行功率变化的指令，则进入步骤(5)；
步骤(3)：HMI监控系统根据电力调度中心发来电网运行方式变化和监测到的直流输送功率变化后工况，计算变化后稳态工况下，送受端换流站中调相机在送端和受端能充分发挥调相机暂态支撑能力的的最佳出力工况范围，该范围一般为0Mvar～80Mvar，根据式(2)计算调相机稳态无功出力值Qsc，并发出向调相机相应无功指令值，调相机收到相应的无功指令值后按照该无功指令值运行；调相机稳态无功出力值Qsc由式(2)得到：
Qsc＝Qs-Qdc+Qfl (2)
其中，Qs表示交流电网无功、Qdc表示直流换流变和换流器消耗无功，Qfl表示无功补偿装置提供总无功；
步骤(4)：直流控制保护系统根据HMI监控系统给出的调相机在稳态工况下的无功出力指令值、及自身换流器的无功需求，根据式(3)计算无功补偿装置投退个数，并向相应的无功补偿装置发出指令，相应的无功补偿装置根据指令值进行投退；
n＝(Qdc-Qsc)/Qfl (3)
其中，n表示无功补偿装置投退个数；Qfl表示无功补偿装置提供总无功；
步骤(5)：调相机直接响应发出无功功率来稳定系统电压，判断电压稳定后，直流控制保护系统是否发出闭锁信号；如果没有发出闭锁信号，则进入步骤(6)，否则进行步骤(7)；
步骤(6)：HMI监控系统根据调相机出力大小、系统运行方式和直流输送功率，计算此工况下调相机的最佳出力大小，将调相机在该工况下的无功指令值下发至调相机，调相机根据该指令值进行运行；直流系统根据HMI监控系统给出的调相机无功出力指令值、电网运行方式、直流输送功率、直流系统无功需求，计算无功补偿装置投退个数，进行向相应的无功补偿装置发出投退指令；
步骤(7)：如果收到直流闭锁信号，则直流系统正常闭锁，HMI监控系统将直流闭锁信号下发至调相机，调相机则根据交流电网当前电压水平进行强励或强减。
2.如权利要求1所述的调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：调相机与直流控制保护系统及电网的信息交互具体为：调相机从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从调相机获取调相机的实际无功出力信息和机端电压信息；直流控制保护系统从电网获取模拟量信息，HMI监控系统从直流控制保护系统中获取直流的有功功率、运行方式、系统交换无功和交流母线电压信息。
3.如权利要求1所述的调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：步骤(2)中交流母线电压的的变化通过采集母线电压值，然后对采集的电压值和参考电压值进行比较，如大于门槛值，则认为直流运行电压发生变化，具体的，采用如下判断公式判断交流母线电压的变化：
|Vs-Vsc|＞Δv (1)
其中，Vs表示采集的交流母线电压值；Vsc表示交流系统电压参考值；Δv表示门槛值。
4.如权利要求1所述的调相机与直流换流站无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：步骤(2)中正常变化工况包括系统运行方式的改变和直流输送功率的改变，未知的变化工况包括由系统扰动或故障引起的变化工况。
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