CN110707723A - 一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法 - Google Patents

一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，包括步骤(1)：求解新一代调相机无功出力表达式，进而得到进相运行QJX_SCmax和滞相运行极限QCX_SCmax；步骤(2)：建立考虑送端调相机无功出力的直流整流站运行特性方程；步骤(3)：建立直流电流与送端无功补偿容量的关系方程；步骤(4)：建立直流电流与受端无功补偿容量的关系方程；步骤(5)：建立直流传输功率与送端发出无功功率值及受端发出无功功率值的方程；步骤(6)：得到使得直流可传输最大功率条件下的送端初始无功功率值和受端初始无功功率值。本发明针对不同场景提出新一代调相机合理的初始无功功率运行值，为工程现场的新一代调相机初始无功出力提供理论依据。

Description

一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无 功优化方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，更具体地，涉及一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法。
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，当前新一代调相机在热备用工况下为旋转备用，没有考虑其对交直流电网动态支撑能力的影响。在某些工程实际中，新一代调相机将发出或吸收一定初始无功，但其所发出无功出力值大小主要基于工程经验，缺乏相应的理论依据。
针对此，本发明针对特高压直流送端和受端均存在新一代调相机的背景下，提出一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，将对新一代调相机的现场运行控制具有重要指导作用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，针对直流送端和受端均部署了新一代调相机的场景，本发明提供了一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其目的在于针对不同场景提出新一代调相机合理的初始无功功率运行值，为工程现场的新一代调相机初始无功出力提供理论依据。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：根据励磁控制系统结构和电机电磁方程，求解新一代调相机无功出力表达式，进而得到新一代调相机进相运行QJX_SCmax和滞相运行极限QCX_SCmax；
步骤(2)：建立考虑送端调相机无功出力的直流整流站运行特性方程；其中，假设送端调相机初始无功出力为QRec_SC0，则送端调相机最大可吸收的无功值为ΔQRec_SCX＝QJX_SCmax-QRec_SC0；
步骤(3)：根据直流整流站运行特性方程，得到直流电流与送端无功补偿容量的关系方程，其中，送端无功补偿容量为整流站无功补偿装置和新一代调相机可提供无功值之和；
步骤(4)：根据直流逆变站运行特性方程，得到直流电流与受端无功补偿容量的关系方程，其中，受端无功补偿容量为逆变站无功补偿装置和新一代调相机可提供无功值之和；假设送端调相机初始无功出力为QInv_SC0；则受端调相机最大可发出无功值为ΔQIvn_SCF＝QCX_SCmax-QIvn_SC0；
步骤(5)：根据同一条直流送端整流站电流和逆变站电流相等，联合直流逆变站运行特性方程和整流站运行特性方程，得到直流传输功率与送端新一代调相机发出无功功率值及受端新一代调相机发出无功功率值的方程；
步骤(6)：以直流传输功率为目标函数，对送端调相机初始无功和受端调相机初始无功进行求导，得到使得直流可传输最大功率条件下的送端调相机初始无功功率值和受端调相机初始无功功率值。
进一步的，步骤(1)具体为：
根据调相机机组电磁方程与控制系统，以及调相机机端电压U可以得到调相机进相运行极限Qjx_SCmax和滞相运行极限Qcx_SCmax：
Figure BDA0002258403560000031
其中，U为调相机机端电压，Eo为正常工况下机端电势，Xd为调相机定子感抗，Kc为调相机短路比，SN为调相机额定容量，Kfm为调相机强励倍数。
进一步的，步骤(2)建立的直流整流站运行特性方程为：
式中，C和K分别为与整流侧换流变压器参数及与直流系统基准值有关的两个常数,U为送端直流母线电压,α为触发延迟角；μ为换相角,Qc为无功补偿容量，Bc为整流侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；a和b为常数，表示通过换流器转换后的比例；Ui为受端换流母线电压；γ为受端逆变站熄弧角；Xd为直流输电线路阻抗，Pd为直流有功功率、Qd为直流无功功率；Id为直流电流；|Z|∠θ为交流系统等值阻抗；E和δ为交流系统等值电势和功角；Pac为交流系统有功；Qac为交流系统无功，Ud为直流电压。
进一步的，步骤(3)具体包括：
首先得到送端电压与送端调相机初始无功出力关系：
式中，U为调相机机端电压，μ为换相角，C和为与整流侧换流变压器有关参数，|Z|和θ为整流侧交流系统等值阻抗幅值和相角；α为触发延迟角；E和δ为交流系统等值电势和功角。
联立式(2)中第3个方程，得到直流电流Id与送端调相机初始无功功率值的关系。
进一步的，步骤(4)具体包括：
首先根据逆变站运行特性方程，可以得到受端母线电压与受端调相机初始无功功率值的关系：
Figure BDA0002258403560000042
其中，C1为与整流侧换流变压器参数有关的常数；|Z|1和θ1为逆变侧交流系统等值阻抗幅值和相角；Bc1为逆变侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；
进一步得到直流电流Id与逆变侧调相机初始无功功率之间的关系：
Figure BDA0002258403560000051
其中a和b为常数，表示通过换流器转换后的比例，U为调相机机端电压，α为触发延迟角,Uinv为逆变侧母线电压,γ为受端逆变站熄弧角,Xd为直流输电线路阻抗。
进一步的，步骤(5)具体包括：
将式(5)代入式(2)中的第4个方程，得到直流功率与整流站调相机初始无功以及逆变站调相机初始无功功率值之间的关系。
Figure BDA0002258403560000052
其中a为常数，表示通过换流器转换后的比例，U为调相机机端电压，α为触发延迟角,Uinv为逆变侧母线电压。
进一步的，步骤(6)中以直流传输功率为目标函数，对送端调相机初始无功和受端调相机初始无功进行求导公式为：
Figure BDA0002258403560000053
本发明考虑了直流送端调相机与受端调相机协调配合的作用，改变了当前工程实际中送端和受端调相机单独出力，缺乏理论依据的问题，可充分发挥新一代调相机的暂态无功支撑能力和提高电网电压稳定水平，保证了直流的最大传输功率值，对提升特高压直流传输能力具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的适用于直流送端和受端新一代调相机的协调配合方案示意图；
图2是采用本方案和未采用本方案条件下直流最大传输功率示意图。
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直流送端和受端新一代调相机的协调配合方案；实施例提供的直流送端和受端新一代调相机的协调配合方案，其流程如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1：根据励磁控制系统结构和电机电磁方程，求解新一代调相机无功出力表达式，进而新一代调相机进相运行极限QJX_SCmax和滞相运行极限QCX_SCmax；
具体的，根据调相机机组电磁方程与控制系统，以及调相机机端电压U可以得到调相机进相运行极限Qjx_SCmax和滞相运行极限Qcx_SCmax：
Figure BDA0002258403560000071
其中，U为调相机机端电压，Eo为正常工况下机端电势，Xd为调相机定子感抗，Kc为调相机短路比，SN为调相机额定容量，Kfm为调相机强励倍数；
步骤2：建立考虑送端调相机无功出力的直流整流站运行特性方程；其中，假设送端调相机初始无功出力为QRec_SC0，则送端调相机最大可吸收的无功值为ΔQRec_SCX＝QJX_SCmax-QRec_SC0。具体的，步骤2建立的直流整流站运行特性方程为：
式中，C和K分别为与整流侧换流变压器参数及与直流系统基准值有关的两个常数,U为送端直流母线电压,α为触发延迟角；μ为换相角,Qc为无功补偿容量，Bc为整流侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；a和b为常数，表示通过换流器转换后的比例；Ui为受端换流母线电压；γ为受端逆变站熄弧角；Xd为直流输电线路阻抗，Pd为直流有功功率、Qd为直流无功功率；Id为直流电流；|Z|∠θ为交流系统等值阻抗；E和δ为交流系统等值电势和功角；Pac为交流系统有功；Qac为交流系统无功，Ud为直流电压。调相机发出无功功率增量为ΔQRec_SCX＝QJX_SCmax-QRec_SC0。
步骤3：根据直流整流站运行特性方程，可以得到直流电流Id与送端无功补偿容量的关系方程。其中，送端无功补偿容量为整流站无功补偿装置和新一代调相机初始无功功率之和；
首先得到送端电压与送端调相机初始无功出力关系。
Figure BDA0002258403560000081
将U的表达式代入式(2)中第3个方程，可以得到直流电流Id与送端调相机初始无功功率值的关系。
步骤4：根据直流逆变站运行特性方程，可以得到直流电流与受端无功补偿容量的关系方程。其中，受端无功补偿容量为逆变站无功补偿装置和新一代调相机可提供无功值之和；受端调相机初始无功出力为QInv_SC0；则受端调相机最大可发出无功值为ΔQIvn_SCF＝QCX_SCmax-QIvn_SC0。
首先根据逆变站运行特性方程，可以得到受端母线电压与受端调相机初始无功功率值Qrec_SC0的关系。
Figure BDA0002258403560000082
其中，C1为与整流侧换流变压器参数有关的常数；|Z|1和θ1为逆变侧交流系统等值阻抗幅值和相角；Bc1为逆变侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；
进一步，可以得到直流电流Id与逆变侧调相机初始无功功率之间的关系：
Figure BDA0002258403560000091
步骤5：根据同一条直流送端整流站电流和逆变站电流相等，联合直流逆变站运行特性方程和整流站运行特性方程，可以得到直流传输功率与送端新一代调相机发出无功功率值及受端新一代调相机发出无功功率值的方程；
将式(5)代入式(2)中的第4个方程，可以得到直流功率与整流站调相机初始无功以及逆变站调相机初始无功功率值之间的关系。
因此，将式(3)和式(4)代入式(6)就得到了直流功率和送端调相机初始无功及受端调相机初始无功值的关系。
步骤6：以直流传输功率为目标函数，对送端调相机初始无功和受端调相机初始无功进行求导，可得到使得直流可传输最大功率条件下的送端调相机初始无功功率值Qinv_SC0和受端调相机初始无功功率值Qrec_SC0。
Figure BDA0002258403560000093
式(3)得到了送端母线电压U与送端调相机初始无功的关系；式(4)得到了受端母线电压Uinv和受端调相机初始无功值的关系，根据将式(3)和式(4)代入式(6)就得到了直流功率和送端调相机初始无功及受端调相机初始无功值的关系。
本发明的实施例提出的直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，考虑了直流送端调相机与受端调相机协调配合的作用，改变了当前工程实际中送端和受端调相机单独出力，缺乏理论依据的问题，可充分发挥新一代调相机的暂态无功支撑能力和提高电网电压稳定水平，保证了直流的最大传输功率值，对提升特高压直流传输能力具有重要意义。
图1所示，为直流送端和受端新一代调相机的协调配合步骤示意图。图2为采用本方案和未采用本方案条件下直流最大传输功率示意图。从图2可以看出，通过本发明提出的直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，保证直流可以传输最大功率。即为了确保直流取得最大功率条件下，得到送端调相机和受端调相机的合理无功出力值，为直流均配置调相机场景的现场运行提供指导。
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 (7)

1.一种适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：包括
步骤(1)：根据励磁控制系统结构和电机电磁方程，求解新一代调相机无功出力表达式，进而得到新一代调相机进相运行QJX_SCmax和滞相运行极限QCX_SCmax；
步骤(2)：建立考虑送端调相机无功出力的直流整流站运行特性方程；其中，假设送端调相机初始无功出力为QRec_SC0，则送端调相机最大可吸收的无功值为ΔQRec_SCX＝QJX_SCmax-QRec_SC0；
步骤(3)：根据直流整流站运行特性方程，得到直流电流与送端无功补偿容量的关系方程，其中，送端无功补偿容量为整流站无功补偿装置和新一代调相机可提供无功值之和；
步骤(4)：根据直流逆变站运行特性方程，得到直流电流与受端无功补偿容量的关系方程，其中，受端无功补偿容量为逆变站无功补偿装置和新一代调相机可提供无功值之和；假设送端调相机初始无功出力为QInv_SC0；则受端调相机最大可发出无功值为ΔQIvn_SCF＝QCX_SCmax-QIvn_SC0；
步骤(5)：根据同一条直流送端整流站电流和逆变站电流相等，联合直流逆变站运行特性方程和整流站运行特性方程，得到直流传输功率与送端新一代调相机发出无功功率值及受端新一代调相机发出无功功率值的方程；
步骤(6)：以直流传输功率为目标函数，对送端调相机初始无功和受端调相机初始无功进行求导，得到使得直流可传输最大功率条件下的送端调相机初始无功功率值Qinv_SC0和受端调相机初始无功功率值Qrec_SC0。
2.如权利要求1所述的适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：步骤(1)具体为：
根据调相机机组电磁方程与控制系统，以及调相机机端电压U可以得到调相机进相运行极限Qjx_SCmax和滞相运行极限Qcx_SCmax：
Figure FDA0002258403550000021
其中，U为调相机机端电压，Eo为正常工况下机端电势，Xd为调相机定子感抗，Kc为调相机短路比，SN为调相机额定容量，Kfm为调相机强励倍数。
3.如权利要求1所述的适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：步骤(2)建立的直流整流站运行特性方程为：
式中，C和K分别为与整流侧换流变压器参数及与直流系统基准值有关的两个常数,U为送端直流母线电压,α为触发延迟角；μ为换相角,Qc为无功补偿容量，Bc为整流侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；a和b为常数，表示通过换流器转换后的比例；Ui为受端换流母线电压；γ为受端逆变站熄弧角；Xd为直流输电线路阻抗，Pd为直流有功功率、Qd为直流无功功率；Id为直流电流；|Z|∠θ为交流系统等值阻抗；E和δ为交流系统等值电势和功角；Pac为交流系统有功；Qac为交流系统无功，Ud为直流电压。
4.如权利要求3所述的适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：步骤(3)具体包括：
首先得到送端电压与送端调相机初始无功出力关系：
Figure FDA0002258403550000031
式中，U为调相机机端电压，μ为换相角，C和为与整流侧换流变压器有关参数，|Z|和θ为整流侧交流系统等值阻抗幅值和相角；α为触发延迟角；E和δ为交流系统等值电势和功角。
联立式(2)中第3个方程，得到直流电流Id与送端调相机初始无功功率值的关系。
5.如权利要求1所述的适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：步骤(4)具体包括：
首先根据逆变站运行特性方程，可以得到受端母线电压与受端调相机初始无功功率值的关系：
其中，C1为与整流侧换流变压器参数有关的常数；|Z|1和θ1为逆变侧交流系统等值阻抗幅值和相角；Bc1为逆变侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；
进一步得到直流电流Id与逆变侧调相机初始无功功率之间的关系：
Figure FDA0002258403550000041
其中a和b为常数，表示通过换流器转换后的比例，U为调相机机端电压，α为触发延迟角,Uinv为逆变侧母线电压,γ为受端逆变站熄弧角,Xd为直流输电线路阻抗。
6.如权利要求5所述的适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：步骤(5)具体包括：
将式(5)代入式(2)中的第4个方程，得到直流功率与整流站调相机初始无功以及逆变站调相机初始无功功率值之间的关系。
Figure FDA0002258403550000042
其中a为常数，表示通过换流器转换后的比例，U为调相机机端电压，α为触发延迟角,Uinv为逆变侧母线电压。
7.如权利要求6所述的适用于直流送端和受端新一代调相机协调配合的初始无功优化方法，其特征在于：步骤(6)中以直流传输功率为目标函数，对送端调相机初始无功和受端调相机初始无功进行求导公式为：
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Inventor after: Qu Zihan

Inventor after: Zhang Chi

Inventor after: Zhou Youbin

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Inventor after: Xu Youping

Inventor after: Zhou Kunpeng

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