CN110601210B - 磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法 - Google Patents

磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法，包括站级监控单元以及若干个与其相连的磁控式电抗器励磁控制单元；所述站级监控单元基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，对各台磁控式电抗器的励磁控制单元进行无功功率目标分配，使得各励磁控制单元基于得到的包含无功功率目标的无功功率控制指令控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配。本发明对网侧绕组并联于同一母线(或输电线路末端)运行的多台磁控式电抗器进行稳态无功出力协调控制，实现稳态无功功率的合理分配。

Description

磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法
技术领域
本发明属于磁控式电抗器控制技术领域，具体涉及一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法。
背景技术
超高压/特高压长距离输电线路在轻载时由于线路对地电容充电呈现出明显的“容升效应”，导致线路末端电压偏高，危害输变电设备的安全运行。为解决长距离重载线路限制过电压和无功补偿的矛盾，提高电压稳定性水平和暂态运行极限，降低线路输送损耗，平衡无功功率，可控电抗器应用于长距离输电线路末端或变电站母线可有效实现线路(或母线)电压的连续调节，改善沿线电压分布水平，是实现超高压和特高压输电通道高效经济运行的重要工具。磁控式电抗器作为可控电抗器的一种，它是通过励磁系统连续控制直流励磁电流的大小改变铁心的饱和度，从而实现电抗值的改变和无功功率的连续平滑调节。励磁系统控制单元实时采集电抗器网侧绕组电压电流、控制绕组励磁电流，根据线路(或母线)电压指令或无功功率指令或励磁电流指令调节励磁功率整流回路的相控触发角，实现输出直流励磁电压和励磁电流的改变，从而改变电抗值和容量。
实际工程中，为了有效调节变电站母线(或输电线路末端)电压，连接于变电站同一母线或输电线路末端的磁控式电抗器可能有多台(>＝2台)，它们的网侧绕组在电气上连接于同一母线从而实现多台并联运行，共同参与调节母线(或线路)电压。而并联运行的N台电抗器的额定容量不一定相等，即便容量相等的电抗器在实际运行时吸收无功功率也不一定相等；另外并联运行的多台电抗器还可能出现某1台或几台突然退出并联运行的情况或者某1台或几台突然加入并联运行的情况，这也会使得多台并联运行电抗器的实际吸收无功存在较大差异。若对各电抗器无功出力不加以协调会导致：一方面并联运行电抗器间的无功出力差异较大，系统整体运行经济性较差；另一方面在应对系统电压过电压时各电抗器具有的无功裕度差异也较大，裕度小的电抗器容易进入超出自身容量的过载运行区间，不利于电抗器的安全运行。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法，对网侧绕组并联于同一母线(或输电线路末端)运行的多台磁控式电抗器进行稳态无功出力协调控制，实现稳态无功功率的合理分配。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，包括站级监控单元以及若干个与其相连的各台磁控式电抗器的励磁控制单元；
所述站级监控单元基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器的数量，对各台磁控式电抗器的励磁控制单元进行无功功率目标分配，使得各励磁控制单元基于得到的包含无功功率目标的无功功率控制指令控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配。
可选地，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
设置母线或线路电压目标值Uset；
所述站级监控单元根据所述电压目标值Uset和电压实际量测值Us的偏差ΔU，通过增量型PID计算获得总无功功率目标值Qset。
可选地，当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差绝对值小于调节死区Udb时，则不执行增量型PID计算，总无功功率目标值Qset保持不变。
可选地，当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差超出参与协调控制的磁控式电抗器的总容量所能调节的电压范围，则闭锁增量型PID计算。
可选地，所述总无功功率目标值的上限应小于或者等于参与协调控制的磁控式电抗器总容量的K倍，K为裕度系数，其下限不小于0MVar。
可选地，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
通过人工直接设置总无功功率目标值Qset。
可选地，所述站级监控单元的数量为2，分别称为主用站级监控单元和备用站级监控单元，当主用站级监控单元出现故障时，二者自动切换。
可选地，所述站级监控单元基于得到的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器的数量，对各磁控式电抗器的励磁控制单元进行无功功率目标分配，具体为：
所述站级监控单元基于得到的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，按照下式进行各励磁控制单元的无功功率目标分配，
Figure BDA0002197290960000021
式中，N为当前参与协调控制的磁控式电抗器的台数，Qjn为第j台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qin为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qset为总无功功率目标值，Qiset为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的无功功率目标值。
可选地，所述站级监控单元与各励磁控制单元之间通过硬接线干接点相连，由所述站级监控单元向各励磁控制单元发送增/减容量脉冲信号，完成基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量进行各台磁控式电抗器励磁控制单元的无功功率目标分配，所述脉冲信号的周期和占空比均可调整；或者由所述站级监控单元改变输出至励磁控制单元的模拟信号调整励磁控制单元的控制给定值，模拟信号上下限对应给定值调节范围的上下限，完成基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量进行各台磁控式电抗器的励磁控制单元的无功功率目标分配。
可选地，所述磁控式电抗器的励磁控制单元参与协调控制应当满足下述条件：
识别出磁控式电抗器在网运行，且其励磁控制单元至少有1种调节方式能正常运行；
接收到人工发出的对励磁控制单元的投入协调控制指令；
接收站级监控单元的指令无异常，且向站级监控单元反馈状态无异常。
第二方面，本发明提供了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制方法，包括：
基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，计算出需要分配至各台磁控式电抗器的励磁控制单元的无功功率目标；
将计算出的各无功功率目标分别发送至对应的励磁控制单元，使得各励磁控制单元基于得到的包含无功功率目标的无功功率控制指令控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配。
可选地，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
基于设定的电压目标值Uset和电压实际量测值Us的偏差ΔU，通过增量型PID计算获得总无功功率目标值Qset。
可选地，当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差绝对值小于调节死区Udb时，则不执行增量型PID计算，总无功功率目标值Qset保持不变；
当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差超出参与协调控制的磁控式电抗器的总容量所能调节的电压范围，则闭锁增量型PID计算。
可选地，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
通过人工直接设置总无功功率目标值Qset。
可选地，所述无功功率通过以下公式计算获得：
Figure BDA0002197290960000041
式中，N为当前参与协调控制的磁控式电抗器的台数，Qjn为第j台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qin为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qset为总无功功率目标值，Qiset为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的无功功率目标值。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法，对网侧绕组并联于同一母线(或输电线路末端)运行的多台磁控式电抗器进行稳态无功出力协调控制，实现稳态无功功率的合理分配，使得并联运行的电抗器具有大致一致的无功裕度，保证电抗器运行的安全性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明一种实施例中的并联运行的多台磁控式电抗器接线示意图；
图2是本发明一种实施例中的磁控式电抗器与励磁控制单元的连接结构图；
图3是站级监控单元与各励磁控制单元的连接关系示意图。
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的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
由于现有技术中并联运行的N台电抗器的额定容量不一定相等，即便容量相等的电抗器在实际运行时吸收无功功率也不一定相等；并联运行的多台电抗器还可能出现某1台或几台突然退出并联运行的情况或者某1台或几台突然加入并联运行的情况，这也会使得多台并联运行电抗器的实际吸收无功存在较大差异。若对各电抗器无功出力不加以协调会导致：一方面并联运行电抗器间的无功出力差异较大，系统整体运行经济性较差；另一方面在应对系统电压过电压时各电抗器具有的无功裕度差异也较大，裕度小的电抗器容易进入超出自身容量的过载运行区间，不利于电抗器的安全运行。因此，有必要对并联于同一母线(或输电线路末端)运行的多台电抗器进行稳态出力协调控制。而目前技术资料多是关于单台磁控式电抗器的控制方法，包括稳态连续控制和暂态紧急控制方法，还未见有关于在同一母线或输电线路末端并联的多台磁控式电抗器协调控制的公开技术资料。本发明提供了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置及方法，由1套站级监控单元和各台磁控式电抗器(MCR)的励磁控制单元共同完成，实现网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配；站级监控单元得到无功总目标并向参与协调控制的各MCR的励磁控制单元分配，各MCR的励磁控制单元则进行各自独立的调节使无功功率满足站级监控单元的分配。
实施例1
本发明提供了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，如图1-3所示，包括站级监控单元以及若干个与其相连的各台磁控式电抗器的励磁控制单元；
所述站级监控单元基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，对磁控式电抗器励磁控制单元进行无功功率目标分配，使得各励磁控制单元基于得到的包含无功功率目标的无功功率控制指令控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配；
其中，所述磁控式电抗器的励磁控制单元参与协调控制应当满足下述条件：
识别出磁控式电抗器在网运行，且其励磁控制单元至少有1种调节方式能正常运行；
接收到人工发出的对励磁控制单元的投入协调控制指令；
接收站级监控单元的指令无异常，且向站级监控单元反馈状态无异常。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
设置母线或线路电压目标值Uset；
所述站级监控单元根据所述电压目标值Uset和电压实际量测值Us的偏差ΔU，通过增量型PID计算获得总无功功率目标值Qset。
在具体实施过程中，当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差绝对值小于调节死区Udb时，则不执行增量型PID计算，总无功功率目标值Qset保持不变；当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差超出参与协调控制的磁控式电抗器的总容量所能调节的电压范围，则闭锁增量型PID计算。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述总无功功率目标值Qset可以由人工直接设置，具体地，可以在就地站级监控单元操作界面上设置，也可接收在远方调度控制中心设置，并下发至站级监控单元。
所述总无功功率目标值的上限应小于或者等于参与协调控制的磁控式电抗器总容量的K倍，K为裕度系数，其下限不小于0MVar。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述站级监控单元采取主备冗余配置，其数量为2，分别称为主用站级监控单元和备用站级监控单元，当主用站级监控单元出现故障时，二者自动切换。主用站级监控单元将总无功目标值Qset下发至各MCR的励磁控制单元；备用站级监控单元处于热备用状态。
各台MCR不论自身处于电压控制模式，无功控制模式或励磁电流控制模式，均可参与协调控制；站级监控单元调整各励磁控制单元的相应控制模式的给定值从而调整各MCR的无功功率。
所述站级监控单元可通过以下方式之一调整各励磁控制单元的控制给定值：
(1)所述站级监控单元与各励磁控制单元之间通过硬接线干接点相连，由所述站级监控单元向各励磁控制单元发送增/减容量脉冲信号，完成基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量进行各磁控式电抗器的无功功率目标分配，所述脉冲信号的周期和占空比均可调整；
(2)所述站级监控单元改变输出至励磁控制单元的模拟信号调整励磁控制单元的控制给定值，模拟信号上下限对应给定值调节范围的上下限，完成基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量进行各磁控式电抗器励磁控制单元的无功功率目标分配。模拟信号可以是0-20mA或4-20mA电流信号，也可以是0-5V、0-10V或其他类似范围的电压信号。
(3)所述站级监控单元与励磁控制单元建立通讯连接，发送相应的控制给定值至励磁控制单元。站级监控单元与MCR励磁控制单元的通讯可以是RS485串口回路，光纤回路或者以太网连接。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述站级监控单元基于得到的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量数量，对各磁控式电抗器的励磁控制单元进行无功功率目标分配，具体为：
所述站级监控单元基于得到的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器的数量，按照下式进行各励磁控制单元的无功功率目标分配，
Figure BDA0002197290960000061
式中，N为当前参与协调控制的磁控式电抗器的台数，Qjn为第j台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qin为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qset为总无功功率目标值，Qiset为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的无功功率目标值。
当有MCR加入或退出协调控制时，所述站级监控单元的总无功目标值Qset需要立刻调整。比如有1台MCR投入运行并纳入协调控制，由于参与协调控制的MCR台数加1，站级监控单元无功目标也需在原目标值基础上加上新增参与协调的MCR当前无功功率值，使得Qset立刻调整以保持无功目标与实际值匹配；若有1台MCR退出协调控制，由于参与协调控制的MCR台数减1，站级监控单元无功目标也需在原目标值基础上减去退出协调的MCR当前无功功率值。
另外如果参与协调运行的1台MCR由于异常导致保护动作使得网侧断路器跳闸，则该MCR解列(Q＝0Mvar)，当然也不再参与协调控制，此时站级监控单元无功目标在原目标值基础上重新分配至剩余协调运行的MCR，并根据电压变化逐步调整无功目标值。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制方法，包括以下步骤：
(1)基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，计算出需要分配至各台励磁式电抗器励磁控制单元的无功功率；
(2)将计算出的各无功功率分别发送至对应的励磁控制单元，使得各励磁控制单元基于得到的无功功率控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
基于设定的电压目标值Uset和电压实际量测值Us的偏差ΔU，通过增量型PID计算获得总无功功率目标值Qset。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差绝对值小于调节死区Udb时，则不执行增量型PID计算，总无功功率目标值Qset保持不变；
当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差超出参与协调控制的磁控式电抗器的总容量所能调节的电压范围，则闭锁增量型PID计算。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述总无功功率目标值Qset可以由人工直接设置，具体地，可以在就地站级监控单元操作界面上设置，也可接收在远方调度控制中心设置，并下发至站级监控单元。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述无功功率通过以下公式计算获得：
Figure BDA0002197290960000081
式中，N为当前参与协调控制的磁控式电抗器的台数，Qjn为第j台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qin为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qset为总无功功率目标值，Qiset为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的无功功率目标值。
其余部分均与实施例1相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：包括站级监控单元以及若干个与其相连的各台磁控式电抗器的励磁控制单元；
所述站级监控单元基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，对各磁控式电抗器的励磁控制单元进行无功功率目标分配，使得各励磁控制单元基于得到的包含无功功率目标的无功功率控制指令控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配；
所述站级监控单元基于得到的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，对各磁控式电抗器的励磁控制单元进行无功功率目标分配，具体为：
所述站级监控单元基于得到的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，按照下式进行各励磁控制单元的无功功率目标分配，
Figure FDA0003577591950000011
式中，N为当前参与协调控制的磁控式电抗器的台数，Qjn为第j台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qin为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qset为总无功功率目标值，Qiset为第i台参与协调控制的磁控式电抗器励磁控制单元的无功功率目标值。
2.根据权利要求1所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
设置母线或线路电压目标值Uset；
所述站级监控单元根据所述电压目标值Uset和电压实际量测值Us的偏差ΔU，通过增量型PID计算获得总无功功率目标值Qset。
3.根据权利要求2所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差绝对值小于调节死区Udb时，则不执行增量型PID计算，总无功功率目标值Qset保持不变。
4.根据权利要求2所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差超出参与协调控制的磁控式电抗器总容量所能调节的电压范围，则闭锁增量型PID计算。
5.根据权利要求1或2所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：所述总无功功率目标值的上限应小于或者等于参与协调控制的磁控式电抗器总容量的K倍，K为裕度系数，其下限不小于0MVar。
6.根据权利要求1所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
通过人工直接设置总无功功率目标值Qset。
7.根据权利要求1所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：所述站级监控单元的数量为2，分别称为主用站级监控单元和备用站级监控单元，当主用站级监控单元出现故障时，二者自动切换。
8.根据权利要求1所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：所述站级监控单元与各励磁控制单元之间通过硬接线干接点相连，由所述站级监控单元向各励磁控制单元发送增/减容量脉冲信号，完成基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量进行各励磁控制单元的无功功率目标分配，所述脉冲信号的周期和占空比均可调整；或者由所述站级监控单元改变输出至励磁控制单元的模拟信号调整励磁控制单元的控制给定值，模拟信号上下限对应给定值调节范围的上下限，完成基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量进行各台磁控式电抗器的励磁控制单元的无功功率目标分配。
9.根据权利要求1所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制装置，其特征在于：所述磁控式电抗器的励磁控制单元参与协调控制应当满足下述条件：
识别出磁控式电抗器在网运行，且其励磁控制单元至少有1种调节方式能正常运行；
接收到人工发出的对励磁控制单元的投入协调控制指令；
接收站级监控单元的指令无异常，且向站级监控单元反馈状态无异常。
10.一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制方法，其特征在于，包括：
基于获得的总无功功率目标值以及当前参与协调控制的磁控式电抗器数量，计算出需要分配至各台磁控式电抗器的励磁控制单元的无功功率目标；
将计算出的各无功功率分别发送至对应的励磁控制单元，使得各励磁控制单元基于得到的包含无功功率目标的无功功率控制指令控制与其相连的磁控式电抗器，完成网侧绕组连接于同一母线或输电线路的多台磁控式电抗器的稳态无功功率分配；
所述无功功率通过以下公式计算获得：
Figure FDA0003577591950000031
式中，N为当前参与协调控制的磁控式电抗器的台数，Qjn为第j台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qin为第i台参与协调控制的磁控式电抗器的额定容量，Qset为总无功功率目标值，Qiset为第i台参与协调控制的磁控式电抗器励磁控制单元的无功功率目标值。
11.根据权利要求10所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制方法，其特征在于：所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
基于设定的电压目标值Uset和电压实际量测值Us的偏差ΔU，通过增量型PID计算获得总无功功率目标值Qset。
12.根据权利要求11所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制方法，其特征在于：当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差绝对值小于调节死区Udb时，则不执行增量型PID计算，总无功功率目标值Qset保持不变；
当母线或线路电压实际量测值Us与电压目标值Uset的偏差超出参与协调控制的磁控式电抗器的总容量所能调节的电压范围，则闭锁增量型PID计算。
13.根据权利要求10所述的一种磁控式电抗器多台并联运行协调控制方法，其特征在于，所述总无功功率目标值通过以下步骤获得：
通过人工直接设置总无功功率目标值Qset。
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