CN110854870A - 一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法 - Google Patents

一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法 Download PDF

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CN110854870A CN201911111899.3A CN201911111899A CN110854870A CN 110854870 A CN110854870 A CN 110854870A CN 201911111899 A CN201911111899 A CN 201911111899A CN 110854870 A CN110854870 A CN 110854870A
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Abstract

本发明涉及一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，属于电力自动电压控制技术领域。其技术特点在于：对于配置了静止无功补偿器的变电站，当变电站内高压侧母线电压越限时，结合静止同步补偿器设备预先设置的最优运行点以及当前运行方式，合理调节静止同步补偿器设备的无功出力或投切电容器、电抗器，将STATCOM设备纳入AVC系统自动控制，在消除母线电压越限的同时，提高STATCOM装置的动态无功调节储备，从而提高电网的电压稳定裕度，并降低电容、电抗器的投切动作次数。

Description

一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法
技术领域
本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，具体涉及一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法。
背景技术
随着工业水平的不断提高，用户对电能质量的要求也越来越高，而系统中无功负荷,特别是冲击性无功负荷的存在，不仅增加了各种损耗，而且严重影响了用户端的电能质量。由于供电中因电压、电流或频率发生偏差，而导致用户的设备故障或误动作，因此，实时快速的无功功率补偿对优化电网潮流分布和提高电能质量具有十分重要的意义。
柔性交流输电系统(FACTS)可以满足增大输送能力、保持输电系统稳定和优化系统运行的几大需求。其主要应用在大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原本不可控的电网变得可以全面控制，从而大大提高电力系统的高度灵活性和安全稳定性。
静止同步补偿器(STATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的一个重要组成部分，是静止无功补偿的发展方向，在世界各地都得到了广泛的应用，目前我国在这一领域的工业应用研究还处于起步阶段。STATCOM能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。STATCOM并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。
自动电压控制(Automatic Voltage Control，以下简称AVC)已经成为现代电力系统调度不可或缺的组成部分，AVC通过协调各种控制设备(发电机、调相机、电容器、电抗器、变压器分接头、静止同步补偿器(STATCOM)等装置)，控制各个电压等级的合理无功流动，降低电网损耗，提高电网电压稳定性。
由于变电站内均配有多台电容器、电抗器、静止同步补偿器(STATCOM)等无功补偿装置，在选择投入或切除具体某台电容器或电抗器时，需考虑投入或切除不同的设备对变电站内各电压等级母线电压的影响效果，尤其需要避免为了消除某电压等级母线电压越限，投切或调节无功设备后造成其他电压等级的母线电压越限。所以在AVC选择投入或切除某无功设备前，以及调节静止同步补偿器的无功出力前，会依据无功电压灵敏度进行电压预估，预先计算无功设备投切或无功调整后，变电站中各级母线电压的变化情况，即进行母线电压的控制效果预估，从而选择最合适的无功设备进行控制和调节。
随着静止同步补偿器(STATCOM)的逐步推广应用，如何将其纳入AVC系统控制，实现静止同步补偿器(STATCOM)的无功资源与其他无功设备的协调控制是目前面临的迫切问题。如果不将STATCOM纳入协调控制，在AVC系统调节发电机无功或投切电容器、电抗器等设备时，STATCOM可能会由于本地控制的原因产生反调，从而降低整体控制效果，而且也浪费了动态无功资源的设备投资；而一旦将其纳入AVC控制中，如果协调不力，宝贵的动态无功在稳态调节时可能被过度使用，导致在电网发生故障扰动时无法提供有效的快速电压支撑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，实现静止同步补偿器与其他无功设备的协调控制，从而保证静止同步补偿器存在足够的无功裕度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，包括以下过程：
获取变电站高压侧母线电压；
判断变电站内高压侧母线电压是否越限；
若高压侧母线电压越限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投切电容器、电抗器，以消除电压越限。
进一步的，高压侧母线电压越限包括高压侧母线电压越上限和高压侧母线电压越下限。
进一步的，所述判断变电站内高压侧母线电压是否越限包括：
若
Figure BDA0002272955170000031
则高压侧母线电压正常；
若
Figure BDA0002272955170000032
则高压侧母线电压越上限；
若
Figure BDA0002272955170000033
则高压侧母线电压越下限；
其中，VB为变电站内高压侧母线电压量测值，
Figure BDA0002272955170000034
为母线电压上限值，
Figure BDA0002272955170000035
为母线电压下限值，
Figure BDA0002272955170000036
为电压量测死区值。
进一步的，所述若高压侧母线电压越限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投切电容器、电抗器包括：
若高压侧母线电压越上限，则调节静止同步补偿器的无功出力或切除电容器、投入电抗器，以消除高压侧母线电压越上限；
若高压侧母线电压越下限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投入电容器、切除电抗器，以消除高压侧母线电压越下限控制；
进一步的，所述若高压侧母线电压越上限，则调节静止同步补偿器的无功出力或切除电容器、投入电抗器包括：
1)若
Figure BDA0002272955170000041
则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure BDA0002272955170000042
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；Qi为第i台STATCOM的当前无功量测，
Figure BDA0002272955170000043
为预先设定的最优无功出力运行点，
Figure BDA0002272955170000044
为无功运行点死区值；
Figure BDA0002272955170000045
为最小调节步长，
Figure BDA0002272955170000046
为最大调节步长；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节；否则进入2)；
2)若变电站内有处于投运状态的电容器，且根据无功电压灵敏度计算，预估切除该电容器后在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则切除该电容器；否则进入3)；
3)若变电站内有处于热备用状态的电抗器，且根据无功电压灵敏度计算，预估投运该电抗器后在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则投入该电抗器；否则进入4)；
4)若
Figure BDA0002272955170000047
则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure BDA0002272955170000048
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；
Figure BDA0002272955170000051
为无功下限值；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节。
进一步的，所述若高压侧母线电压越下限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投入电容器、切除电抗器包括：
1)若则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure BDA0002272955170000053
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；Qi为第i台STATCOM的当前无功量测，
Figure BDA0002272955170000054
为预先设定的最优无功出力运行点，
Figure BDA0002272955170000055
为无功运行点死区值；为最小调节步长，
Figure BDA0002272955170000057
为最大调节步长；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节；否则进入2)；
2)若变电站内有处于投运状态的电抗器，且根据无功电压灵敏度计算，预估切除该电抗器后在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则切除该电抗器；否则进入3)；
3)若变电站内有处于热备用状态的电容器，且根据无功电压灵敏度计算，预估投运该电容器后在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则投运电容器；否则进入4)；
4)若
Figure BDA0002272955170000058
则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure BDA0002272955170000061
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；
Figure BDA0002272955170000062
为无功上限值；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明将STATCOM设备纳入AVC系统自动控制，在消除母线电压越限的同时，可以提高STATCOM无功调节裕度，使得电容、电抗器承担缓慢的基础的无功需求，无功裕度充足的STATCOM承担快速的无功需求，从而提高电网的电压稳定裕度，并降低电容、电抗器的投切动作次数。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的发明构思为：对于配置了静止同步补偿器(STATCOM)的变电站，当变电站内高压侧母线电压越限时，结合STATCOM设备预先设置的最优运行点以及当前运行方式，合理调节STATCOM设备的无功出力或投切电容器、电抗器，将STATCOM设备纳入AVC系统自动控制，在消除母线电压越限的同时，提高STATCOM装置的动态无功调节储备，从而提高电网的电压稳定裕度，并降低电容、电抗器的投切动作次数。
本发明的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，具体包括以下过程：
第一步，初始化变电站内STATCOM的控制参数，并获取变电站高压侧母线电压。
变电站内STATCOM的总数目为N，第i台STATCOM的当前无功量测为Qi，无功上限值为
Figure BDA0002272955170000071
无功下限值为
Figure BDA0002272955170000072
无功调节量为ΔQi；预先设定STATCOM的最优无功出力运行点为
Figure BDA0002272955170000073
设
Figure BDA0002272955170000074
设最小调节步长为最大调节步长为
Figure BDA0002272955170000076
STATCOM的无功运行点死区值为工程应用一般为单位均为Mvar；变电站内高压侧母线电压量测值为VB，母线电压上限值为
Figure BDA0002272955170000079
母线电压下限值为电压量测死区值为
Figure BDA00022729551700000711
单位均为kV。
第二步，检查变电站内高压侧母线电压是否越限。
1)若
Figure BDA00022729551700000712
表明高压侧母线电压正常，结束，等待进入下一轮控制策略计算周期。
2)若表明高压侧母线电压越上限，进入第三步。
3)若
Figure BDA00022729551700000714
表明高压侧母线电压越下限，进入第四步。
第三步，消除高压侧母线电压越上限控制。
1)若则第i台STATCOM的无功调节量为：
Figure BDA00022729551700000716
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台STATCOM的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则转第五步。否则进入2)；
2)若变电站内有处于投运状态的电容器，且根据无功电压灵敏度计算，预估切除该电容器后在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则切除该电容器，进入第七步；否则进入3)；
3)若变电站内有处于热备用状态的电抗器，且根据无功电压灵敏度计算，预估投运该电抗器后在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则投入该电抗器，进入第七步；否则进入4)；
4)若则第i台STATCOM的无功调节量为：
Figure BDA0002272955170000082
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少。如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台STATCOM的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则进入第五步；否则进入第八步。
第四步，消除高压侧母线电压越下限控制。
1)若
Figure BDA0002272955170000083
则第i台STATCOM的无功调节量为：
Figure BDA0002272955170000084
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少。如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台STATCOM的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则进入第五步；否则进入2)；
2)若变电站内有处于投运状态的电抗器，且根据无功电压灵敏度计算，预估切除该电抗器后在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则切除该电抗器，进入第七步；否则进入3)；
3)若变电站内有处于热备用状态的电容器，且根据无功电压灵敏度计算，预估投运该电容器后在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则投运电容器，进入第七步；否则进入4)；
4)若
Figure BDA0002272955170000091
则第i台STATCOM的无功调节量为：
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少。如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台STATCOM的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则进入第五步；否则进入第八步。
第五步，若变电站内还有STATCOM设备未参与控制策略计算，则返回第二步，继续生成控制策略；否则，进入第六步。
第六步，如果当前变电站已经生成了调节STATCOM无功指令，则通过电力调度数据网向变电站内STATCOM装置下发无功调节指令，消除电压越限并增加动态无功裕度；若存在多条指令，则需根据用户生产实际要求，选择最合适的控制策略执行。
电力调度数据网是用于传输电网自动化信息、调度指令、继电保护与安全自动装置控制等信息的网络，主站生成的控制指令需要通过该网络下发至变电站内执行。
第七步，如果当前变电站内已经生成了投/切电容器或电抗器的指令，则向变电站监控系统发送开关遥控指令，合上/拉开电容器或电抗器所连接的断路器，完成设备投切并消除电压越限；
变电站监控系统用于对变电站内参与运行的各种设备进行监视与控制，主站生成的电容、电抗器的策略需要此系统执行。
第八步，如果当前变电站母线电压越限且无控制策略生成时，则发出告警。
实施例
在本实施例中，设定变电站内STATCOM的总数目N＝1，STATCOM的当前无功量测为Qi＝70Mvar，无功上限为
Figure BDA0002272955170000101
无功下限值为则STATCOM的默认无功出力运行点为最小调节步长为
Figure BDA0002272955170000104
Figure BDA0002272955170000105
最大调节步长为
Figure BDA0002272955170000106
无功运行点死区值
Figure BDA0002272955170000107
母线电压量测值VB＝243kV，母线电压上限值为
Figure BDA0002272955170000108
母线电压下限值为
Figure BDA0002272955170000109
电压量测死区值为
Figure BDA00022729551700001010
步骤2：检查变电站高压侧母线电压是否越限。
由于当前
Figure BDA00022729551700001011
成立，电压越上限，进入步骤3。
步骤3：消除高压侧母线电压越上限。
由于当前
Figure BDA00022729551700001012
成立，则STATCOM的无功调节量为：
Figure BDA00022729551700001013
成立，
Figure BDA00022729551700001014
进入步骤5。
步骤5：通过电力调度数据网向变电站内STATCOM装置下发无功调节指令-20Mvar，以消除电压越限并增加动态无功裕度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，包括以下过程：
获取变电站高压侧母线电压；
判断变电站内高压侧母线电压是否越限；
若高压侧母线电压越限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投切电容器、电抗器，以消除电压越限。
2.根据权利要求1所述的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，高压侧母线电压越限包括高压侧母线电压越上限和高压侧母线电压越下限。
3.根据权利要求1所述的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，所述判断变电站内高压侧母线电压是否越限包括：
若
Figure FDA0002272955160000011
则高压侧母线电压正常；
若则高压侧母线电压越上限；
若
Figure FDA0002272955160000013
则高压侧母线电压越下限；
其中，VB为变电站内高压侧母线电压量测值，
Figure FDA0002272955160000014
为母线电压上限值，为母线电压下限值，
Figure FDA0002272955160000016
为电压量测死区值。
4.根据权利要求1所述的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，所述若高压侧母线电压越限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投切电容器、电抗器包括：
若高压侧母线电压越上限，则调节静止同步补偿器的无功出力或切除电容器、投入电抗器，以消除高压侧母线电压越上限。
若高压侧母线电压越下限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投入电容器、切除电抗器，以消除高压侧母线电压越下限控制。
5.根据权利要求4所述的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，所述若高压侧母线电压越上限，则调节静止同步补偿器的无功出力或切除电容器、投入电抗器包括：
1)若
Figure FDA0002272955160000021
则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure FDA0002272955160000022
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；Qi为第i台静止同步补偿器的当前无功量测，为预先设定的最优无功出力运行点，
Figure FDA0002272955160000024
为无功运行点死区值；
Figure FDA0002272955160000025
为最小调节步长，
Figure FDA0002272955160000026
为最大调节步长；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节；否则进入2)；
2)若变电站内有处于投运状态的电容器，且根据无功电压灵敏度计算，预估切除该电容器后在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则切除该电容器；否则进入3)；
3)若变电站内有处于热备用状态的电抗器，且根据无功电压灵敏度计算，预估投运该电抗器后在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则投入该电抗器；否则进入4)；
4)若则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure FDA0002272955160000031
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；为无功下限值；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越上限的同时，不会造成变电站内其他母线越下限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，所述若高压侧母线电压越限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投切电容器、电抗器包括：
若高压侧母线电压越下限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投入电容器、切除电抗器，以消除高压侧母线电压越下限控制。
7.根据权利要求6所述的一种计及静止同步补偿器的母线电压自动校正控制方法，其特征是，所述若高压侧母线电压越下限，则调节静止同步补偿器的无功出力或投入电容器、切除电抗器包括：
1)若
Figure FDA0002272955160000033
则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure FDA0002272955160000034
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；Qi为第i台静止同步补偿器的当前无功量测，
Figure FDA0002272955160000035
为预先设定的最优无功出力运行点，
Figure FDA0002272955160000036
为无功运行点死区值；为最小调节步长，
Figure FDA0002272955160000038
为最大调节步长；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节；否则进入2)；
2)若变电站内有处于投运状态的电抗器，且根据无功电压灵敏度计算，预估切除该电抗器后在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则切除该电抗器；否则进入3)；
3)若变电站内有处于热备用状态的电容器，且根据无功电压灵敏度计算，预估投运该电容器后在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则投运电容器；否则进入4)；
4)若
Figure FDA0002272955160000041
则第i台静止同步补偿器的无功调节量为：
Figure FDA0002272955160000042
其中ΔQi大于0表示无功增加，小于0表示无功减少；
Figure FDA0002272955160000043
为无功上限值；
如果根据无功电压灵敏度计算，预估第i台静止同步补偿器的无功调节ΔQi后，在消除高压侧母线电压越下限的同时，不会造成变电站内其他母线越上限，则第i台静止同步补偿器根据无功调节量进行调节。
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