CN110797899A - 带有动态无功补偿装置的直流系统及其控制方法 - Google Patents

带有动态无功补偿装置的直流系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种带有动态无功补偿装置的直流系统及控制方法，所述直流系统中采用动态无功补偿装置部分或者全部替换常规直流系统的固定电容补偿、或者5次及以下交流滤波器。当常规直流有功功率需要调节时，通过采集换流站电压、与系统交换电流等电气量，实现无功交换和电压联合动态无功控制，部分取代常规直流功率调制时投切滤波器操作；同时结合控制保护系统控制命令进行动态无功功率控制，进行单组滤波器投切时无功平滑控制。本发明可以减少常规直流在有功调制时交流滤波器频繁投切问题，同时单组滤波器投切与动态无功补偿协调控制，实现无功平滑控制，使常规直流适应频繁有功功率调制场合，为常规直流换流站提供动态无功支撑。

Description

带有动态无功补偿装置的直流系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种带有动态无功补偿装置的常规直流系统及其动态无功控制方法，具体讲涉及常规直流换流站动态无功配置及控制方法。
背景技术
我国能源发展具有一定的地域性，以光伏、风电为代表的新能源通常集中在光照、风能较丰富的地区，如我国西北地区。为了提升西电东送能力，配套建设了多回大容量直流。
当前大规模直流输电多采用基于电网换相换流器LCC的常规直流输电技术，在直流运行时，换流器发出大量谐波，需配置大量滤波器进行滤波；直流功率越大，谐波含量越高，所需的滤波器组数越多，滤波器需根据直流功率大小动态投切。此外，常规直流有功、无功紧密耦合，当直流系统运行功率发生变化时，换流器消耗的无功随之发生变化，为了维持与交流电网交换无功或者换流站电压基本不变，需要通过投切交流滤波器或者固定电容补偿器进行补偿。
由于国家环保要求，能耗较高的小功率火电机组逐步关停，未来随着新能源大规模发展，新能源渗透率的不断增加，电网的调峰问题越来越突出，仅仅依赖火电等常规机组调峰无法满足电网调峰需求，需要常规直流参与电网调峰，然而常规直流有功调节后无功消耗发生变化，需配合交流滤波器或者固定电容补偿器投切，机械开关频繁投切易导致开关故障。
此外大规模新能源发展，恶化了电网的频率特性，大功率直流故障后，电网频率变化较为明显，若直流参与电网调频，可明显缓解电网频率问题，然而受限于滤波器投切问题，常规直流无法深度参与电网调频。
发明内容
为了解决常规直流功率频繁调节导致的交流滤波器或者固定电容补偿器开关频繁动作问题，本发明提出了一种带有动态无功补偿装置的直流系统及其动态无功控制方案，可以增加常规直流频繁调节范围和深度，有利于常规直流频繁参与系统调频和调峰。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种带有动态无功补偿装置的直流系统，所述直流系统为基于电网换相换流器LCC的常规直流输电系统；采用动态无功补偿装置部分或者全部替换常规直流系统的固定电容补偿、或者5次及以下交流滤波器。
进一步地，所述动态无功补偿装置包含静止无功发生器、静止无功补偿装置、调相机。
进一步地，所述直流系统还包括直流控保装置，动态无功协调控制器、动态无功装置控制器。
所述直流控保装置，根据直流系统运行要求控制交流滤波器、固定电容补偿器以及动态无功补偿器；接收动态无功协调控制器上送的动态无功运行信息，向无功协调控制器发送控制命令。
所述动态无功协调控制器，和直流控保装置、动态无功控制器通讯，统筹控制换流站动态无功资源。
所述动态无功控制器，用于动态无功补偿装置本体控制，汇总动态无功补偿装置运行状态信息并发送到无功协调控制器，接收并执行无功协调控制装置的动态无功控制命令。
进一步地，上述直流系统中，所述动态无功协调控制器对下与各个动态无功控制器通信，获取所有动态无功补偿装置运行状态信息，对换流站所有动态无功补偿能力进行动态评估，并向动态无功控制器发送动态无功控制命令；对上与直流控保装置通信，接收直流控保装置发送的控制命令和相关控制信息，向直流控保装置发送动态无功评估结果。
进一步地，上述直流系统中，所述直流控保装置，对交流滤波器和固定电容补偿器的最小支路进行控制或者对若干支路组成的大组支路整组控制；通过与无功协调控制器的通信交互控制命令和控制信息对动态无功补偿装置进行控制，并能够切除动态无功补偿装置与换流站的连接开关。
进一步地，上述直流系统中，所述动态无功协调控制器采集换流站高压侧母线电压、换流站与交流系统所有连接线三相电流，计算换流站与直流系统交换的无功功率，所采集的换流站高压侧母线电压用于动态无功协调控制器的电压控制，所计算的无功功率用于无功交换附加控制。
进一步地，上述直流系统中，所述动态无功协调控制器与动态无功控制器采用高速通信。
本发明还提出了一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法，当调节直流功率导致系统无功电压变化时，进行稳态无功电压控制，具体包括如下步骤：
步骤11：动态无功协调控制器实时评估动态无功补偿装置的容性及感性补偿能力，并实时发送到直流控保装置；
步骤12：动态无功协调控制器根据联络线/联络变交换的无功功率和无功功率交换上下限要求，计算动态无功补偿装置目标功率并发送到动态无功控制器；
步骤13：当所需的无功超出动态无功补偿装置补偿能力时，由直流控保装置进行投切交流滤波器或固定电容补偿器。
本发明同时提出了又一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法，当交流系统电压发生大幅变化时，进行暂态无功电压联合控制，具体包括如下步骤：
步骤21：当交流系统电压变化在设定定值范围内，动态无功控制采用定无功控制；
步骤22：当交流系统电压变化超出设定定值，则动态无功控制自动切换到电压控制，根据交流系统电压闭环调整动态无功补偿装置无功功率大小；
步骤23：当交流系统电压在第一预设时间内恢复到设定定值内，动态无功控制自动切换到定无功控制，无功控制目标是切换到无功控制前无功功率大小。
本发明提出的再一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法，当直流控保装置投切滤波器时，进行滤波器投切平滑控制，具体包括如下步骤：
步骤31：动态无功协调控制装置根据当前电压实时评估所需投切交流滤波器或固定电容补偿器投切前后无功功率大小；
步骤32：动态无功协调控制装置从直流控保装置获取投切滤波器跳闸信号，结合无功功率大小执行如下操作：
(1)通过动态无功控制维持投切前无功功率大小保持不变；
(2)以评估的投切后无功功率大小为目标，在第二预设时间内平滑过渡控制。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用动态无功补偿装置取代常规直流换流站低次交流滤波器或者固定电容补偿器，在直流运行功率发生变化时，主要由动态无功补偿装置进行无功控制，通过改变动态无功补偿装置无功功率，减少投切交流滤波器或者固定电容补偿器次数，使得常规直流更好参与系统调峰，提升电网对新能源接纳能力。当其替换的是低次滤波器时，动态无功补偿装置兼具有源滤波和动态无功补偿双重功能。
(2)常规直流换流站不具备动态无功补偿能力，通过替代，为常规直流提供一定的动态无功补偿能力，增强系统电压稳定水平，减少换相失败等故障后系统电压波动水平。
(3)本发明还对单组滤波器投切实施平滑控制，减少滤波器等投切对电网的无功冲击。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的带有动态无功补偿装置的直流换流站的配置示意图；
图2为直流系统中各控制器连接关系及通信信息流；
图3为联络线(变)交换无功功率控制流程图；
图4为无功电压联合控制流程图；
图5为切除单组交流滤波器系统无功功率变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的一种带有动态无功补偿装置的直流系统，为基于电网换相换流器LCC的常规直流输电系统；采用动态无功补偿装置部分或者全部替换常规直流系统的固定电容补偿、或者5次及以下交流滤波器。其中，所述动态无功补偿装置包含静止无功发生器、静止无功补偿装置、调相机。当其替换的是5次及以下滤波器组，动态无功补偿装置兼具有源滤波和动态无功补偿双重功能。
如图1所示的实施例中包括常规直流整流侧换流站和逆变侧换流站，整流侧滤波系统按照滤波器和固定电容补偿器类型分为四个大组，每个大组分别包含一组11、13次(HP11/13)滤波器，一组24、26次(HP24/26)滤波器，一组3次(HP3)滤波器以及两组固定电容补偿器(SC)，每组滤波器或者固定电容补偿器容量大小为200MVar。逆变侧滤波系统同样按照滤波器和固定电容补偿器类型分为四个大组，每个大组分别包含一组12、14次(HP12/14)滤波器，以及两组固定电容补偿器(SC)，每组滤波器或者固定电容补偿器容量大小为200MVar。
本实施例采用动态无功补偿装置-静止无功发生器(SVG/STATCOM)替代固定电容补偿器，作为一种带有动态无功补偿的常规如图1所示。
本实施例，直流两侧交流系统电压等级为500kV，直流电压等级为800kV。
当常规直流换流站配置部分动态无功补偿装置后，控制部分通过采集换流站电压、与系统交换电流等电气量，实现无功交换和电压联合动态无功控制，部分取代常规直流功率调制时投切滤波器操作；同时结合控制保护装置的控制命令进行动态无功功率控制，进行单组滤波器投切时无功平滑控制。本发明可以减少常规直流在有功调制时交流滤波器、固定电容补偿器频繁投切问题，同时单组交流滤波器投切与动态无功补偿协调控制，实现无功功率平滑控制，使常规直流适应频繁有功功率调制场合。
如图2所示，直流系统还包括直流控保装置，动态无功协调控制器、动态无功装置控制器，用于进行系统无功的控制。
其中，直流控保装置，根据直流系统运行要求控制交流滤波器、固定电容补偿器以及动态无功补偿器；接收动态无功协调控制器上送的动态无功运行信息，向无功协调控制器发送控制命令。
其中，动态无功协调控制器，和直流控保装置、动态无功控制器通讯，统筹控制换流站动态无功资源。
其中，动态无功控制器，用于动态无功补偿装置本体控制，汇总动态无功补偿装置运行状态信息并发送到无功协调控制器，接收并执行无功协调控制装置的动态无功控制命令。所述动态无功协调控制器与动态无功控制器采用高速通信。
优选的实施例中，所述动态无功协调控制器对下与各个动态无功控制器通信，获取所有动态无功补偿装置运行状态信息，对换流站所有动态无功补偿能力进行动态评估，并向动态无功控制器发送动态无功控制命令；对上与直流控保装置通信，接收直流控保装置发送的控制命令和相关控制信息，向直流控保装置发送动态无功评估结果。
优选的实施例中，所述直流控保装置，对交流滤波器和固定电容补偿器的最小支路进行控制或者对若干支路组成的大组支路整组控制；通过与无功协调控制器的通信交互控制命令和控制信息对动态无功补偿装置进行控制，并能够切除动态无功补偿装置与换流站的连接开关。
优选的实施例中，所述动态无功协调控制器采集换流站高压侧母线电压、换流站与交流系统所有连接线三相电流，计算换流站与直流系统交换的无功功率，所采集的换流站高压侧母线电压用于动态无功协调控制器的电压控制，所计算的无功功率用于无功交换附加控制。
上述直流系统的动态无功控制方法，主要包括三种，方法1：稳态无功电压控制；方法二：暂态无功电压联合控制；方法三：滤波器投切平滑控制。
本发明一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法实施例一如图3所示，当调节直流功率导致系统无功电压变化时，进行稳态无功电压控制，具体控制方法如下：
步骤1：动态无功协调控制器实时评估动态无功补偿装置的容性及感性补偿能力，并实时发送到直流控保装置；
步骤2：动态无功协调控制器根据联络线(变)交换的无功功率和无功功率交换上下限要求，计算动态无功补偿装置目标功率并发送到动态无功控制器；
步骤3：当所需的无功超出动态无功补偿装置补偿能力时，由直流控保装置进行投切交流滤波器或固定电容补偿器。
本发明一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法实施例二如图4所示，当交流、直流系统发生故障等导致交流系统电压发生大幅变化时，进行暂态无功电压联合控制，具体控制方法如下：
步骤1：当交流系统电压变化在设定定值范围内，动态无功控制采用定无功控制；
步骤2：当交流系统电压变化超出设定定值，则动态无功控制自动切换到电压控制，根据交流系统电压闭环调整动态无功补偿装置功率大小；
步骤3：当交流系统电压在时间Tdelay内均恢复到设定定值内，动态无功控制自动切换到定无功控制，无功控制目标是切换到无功控制前无功功率大小。
本发明一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法实施例三，当直流控保装置投切滤波器时，进行滤波器投切平滑控制，具体控制方法如下：
步骤1：动态无功协调控制装置根据当前电压实时评估所需投切交流滤波器或固定电容补偿器投切前后无功大小；
步骤2：动态无功协调控制装置从直流控保装置获取投切滤波器跳闸信号，结合无功功率大小执行如下操作：
(1)通过动态无功控制维持投切前无功保持不变；
(2)以评估的投切后无功大小为目标，在时间Tset1内平滑过渡控制。切除单组交流滤波器系统无功变化示意图如图5所示。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有动态无功补偿装置的直流系统，所述直流系统为基于电网换相换流器LCC的常规直流输电系统；其特征在于，采用动态无功补偿装置部分或者全部替换常规直流系统的固定电容补偿、或者5次及以下交流滤波器。
2.如权利要求1所述的带有动态无功补偿装置的直流系统，其特征在于，所述动态无功补偿装置包含静止无功发生器、静止无功补偿装置、调相机。
3.如权利要求1所述的带有动态无功补偿装置的直流系统，其特征在于，所述直流系统还包括直流控保装置，动态无功协调控制器、动态无功装置控制器；
所述直流控保装置，根据直流系统运行要求控制交流滤波器、固定电容补偿器以及动态无功补偿器；接收动态无功协调控制器上送的动态无功运行信息，向无功协调控制器发送控制命令；
所述动态无功协调控制器，和直流控保装置、动态无功控制器通讯，统筹控制换流站动态无功资源；
所述动态无功控制器，用于动态无功补偿装置本体控制，汇总动态无功补偿装置运行状态信息并发送到无功协调控制器，接收并执行无功协调控制装置的动态无功控制命令。
4.如权利要求3所述的带有动态无功补偿装置的直流系统，其特征在于，所述动态无功协调控制器对下与各个动态无功控制器通信，获取所有动态无功补偿装置运行状态信息，对换流站所有动态无功补偿能力进行动态评估，并向动态无功控制器发送动态无功控制命令；对上与直流控保装置通信，接收直流控保装置发送的控制命令和相关控制信息，向直流控保装置发送动态无功评估结果。
5.如权利要求3所述的带有动态无功补偿装置的直流系统，其特征在于，所述直流控保装置，对交流滤波器和固定电容补偿器的最小支路进行控制或者对若干支路组成的大组支路整组控制；通过与无功协调控制器的通信交互控制命令和控制信息对动态无功补偿装置进行控制，并能够切除动态无功补偿装置与换流站的连接开关。
6.如权利要求3所述的带有动态无功补偿装置的直流系统，其特征在于，所述动态无功协调控制器采集换流站高压侧母线电压、换流站与交流系统所有连接线三相电流，计算换流站与直流系统交换的无功功率，所采集的换流站高压侧母线电压用于动态无功协调控制器的电压控制，所计算的无功功率用于无功交换附加控制。
7.如权利要求3所述的带有动态无功补偿装置的直流系统，其特征在于，所述动态无功协调控制器与动态无功控制器采用高速通信。
8.一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法，其特征在于，当调节直流功率导致系统无功电压变化时，进行稳态无功电压控制，具体包括如下步骤：
步骤11：动态无功协调控制器实时评估动态无功补偿装置的容性及感性补偿能力，并实时发送到直流控保装置；
步骤12：动态无功协调控制器根据联络线/联络变交换的无功功率和无功功率交换上下限要求，计算动态无功补偿装置目标功率并发送到动态无功控制器；
步骤13：当所需的无功超出动态无功补偿装置补偿能力时，由直流控保装置进行投切交流滤波器或固定电容补偿器。
9.一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法，其特征在于，当交流系统电压发生大幅变化时，进行暂态无功电压联合控制，具体包括如下步骤：
步骤21：当交流系统电压变化在设定定值范围内，动态无功控制采用定无功控制；
步骤22：当交流系统电压变化超出设定定值，则动态无功控制自动切换到电压控制，根据交流系统电压闭环调整动态无功补偿装置无功功率大小；
步骤23：当交流系统电压在第一预设时间内恢复到设定定值内，动态无功控制自动切换到定无功控制，无功控制目标是切换到无功控制前无功功率大小。
10.一种带有动态无功补偿装置的直流系统的动态无功控制方法，其特征在于，当直流控保装置投切滤波器时，进行滤波器投切平滑控制，具体包括如下步骤：
步骤31：动态无功协调控制装置根据当前电压实时评估所需投切交流滤波器或固定电容补偿器投切前后无功功率大小；
步骤32：动态无功协调控制装置从直流控保装置获取投切滤波器跳闸信号，结合无功功率大小执行如下操作：
(1)通过动态无功控制维持投切前无功功率大小保持不变；
(2)以评估的投切后无功功率大小为目标，在第二预设时间内平滑过渡控制。
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