CN111049150B - 一种电压稳定控制装置、方法、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电压稳定控制装置、方法、设备及介质,装置包括:潮流路由器和协调控制器;所述潮流路由器用于将测量的线路中的电压信号传输至所述协调控制器,并将线路功率和电压控制在指定值;所述协调控制器用于对接收到的电压信号进行分析并向所述潮流路由器发送控制指令。本申请通过在输配电系统中配置潮流路由器以及协调控制器,通过协调控制器对潮流路由器进行控制,使得提升系统的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及电网电压控制技术领域,尤其涉及一种电压稳定控制装置、方法、设备及介质。
背景技术
随着电网负荷的增长和新能源发电渗透率不断提高,给电力系统调度和电压稳定带来严峻的挑战,源网协调问题越来越突出。此外,由于新能源发电出力的波动性和不确定性,系统需要足够的灵活性来接纳高比例新能源发电,同时拥有强大的输电能力来满足日益增长的负荷需求。近几年我国大型新能源基地三北地区的弃风、弃光率一直居高不下,除了市场消纳空间不足的问题之外,另外一个很重要的原因是可再生能源的断续性和难预测性对电力系统的稳定性带来严峻考验,使得系统十分容易发生阻塞和故障。传统的潮流控制方法,比如发电机控制、无功补偿等等,存在着可控域小及动态响应速率慢等缺点,缺乏针对可再生能源引起的电压稳定问题的灵活调节手段。
目前,为提高系统电压稳定性并最大化可再生能源消纳,国内外较多学者提出了调动广泛灵活的充裕性资源协同参与系统调节,以提高可再生能源消纳能力的基本理念和方法——即综合考虑发电、输配电、用电等环节灵活充裕性资源,及火电、水电和风电的发电技术特性,以系统运行成本最低为目标,建立了可再生能源消纳能力分析模型或最大化可再生能源消纳能力的优化调度模型。但尚缺乏利用潮流路由器(Power Flow Router,PFR)提高电压稳定性的研究。
传统的柔性交流输电技术如TSC、SSSC、STATCOM、UPFC等相关设备架构,可显著增强系统电压稳定性,缺点是只能控制单条线路,调节能力有限且成本较高,限制了其推广应用。因此国内外学者基于柔性交流输电技术与电力储能技术,研究并提出了潮流路由器架构。除柔性交流输电技术的优点外,潮流路由器还可以以较小的成本,来调节区域电网的潮流分布,更广泛的提高区域电网的电压稳定性。
发明内容
本申请实施例提供了一种电压稳定控制方法,使得提高电网系统中的电压稳定性。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种电压稳定控制装置,所述方法包括:潮流路由器和协调控制器;
所述潮流路由器用于将测量的线路中的电压信号传输至所述协调控制器,并将线路功率和电压控制在指定值;
所述协调控制器用于对接收到的电压信号进行分析并向所述潮流路由器发送控制指令。
可选的,所述潮流路由器包括核心计算单元、通信接口单元、能量传输接口单元、潮流控制单元;
所述潮流控制单元由母线侧换流器以及每个所述母线侧换流器对应多个出线侧换流器构成,所述母线侧换流器和多个所述出线侧换流器连接到同一直流母线,用于调节线路电压的幅值和相角,并为线路提供无功补偿。
本申请第二方面提供一种电压稳定控制方法,所述方法包括:
初始化潮流路由器的所述母线侧换流器以及所述出线侧换流器的运行指令;
对母线侧进行协调控制具体为:当发生故障时,选取母线电压扰动大的所述母线侧换流器作为第一母线侧换流器,并选取所述第一母线侧换流器中交流电压的最低值作为电压指令;当故障清除后,维持所述电压指令直到所述母线侧换流器的交流电压幅值降至稳态电压指令;
对出线侧协调控制具体为:当发生故障时,将母线电压扰动大的所述出线侧换流器的运行模式切换到阻抗补偿模式,并根据电压波动的偏差量计算出阻抗补偿指令;当故障清除后,在所述阻抗补偿指令结束后将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式。
可选的,所述初始化潮流路由器的所述母线侧换流器以及所述出线侧换流器的运行指令具体为:
将所述潮流路由器的所述母线侧换流器设定在定电压运行模式并设置稳态电压指令;
将所述潮流路由器的所述出线侧换流器设定在定功率运行模型并设置稳态功率指令。
可选的,在所述阻抗补偿指令结束后将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式具体为:
在所述阻抗补偿指令结束后采用斜坡控制的方式将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式。
可选的,所述在所述阻抗补偿指令结束后采用斜坡控制的方式将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式具体计算公式为:
式中,Pref、Vref为所述出线侧换流器所在线路有功功率目标值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压目标值,Pref0、Vref0为所述出线侧换流器所在线路有功功率的初始值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压的初始值,tT为阻抗补偿控制退出时刻,为阻抗补偿控制退出时的所述出线侧换流器所在线路的有功功率与所述母线侧换流器所在节点的母线电压,TR为斜坡控制的时间。
可选的,所述稳态电压指令为:
当tF≤t≤tF+T时:
当tF+T≤t≤tF+T+TR时:
式中,KPP是指功率控制中PI控制器比例环节控制的KP参数;KPI是指功率控制中PI控制器积分环节控制的KI参数;KVP2是指电压控制中PI控制器比例环节控制的KP参数;KVI2是指电压控制中PI控制器积分环节控制的KI参数;Vseq为所述出线侧换流器输出电压与送端电压相垂直的分量,Vsep为所述出线侧换流器输出电压与送端电压同相的分量,Pref为所述出线侧换流器所在线路有功功率目标值,PL为所述出线侧换流器所在线路有功功率实际值,Vref为所述母线侧换流器所在节点的母线电压目标值,Vj为所述母线侧换流器所在节点的母线电压实际值。tF为发生大扰动故障的时刻,T为阻抗补偿投入时间,Pref0、Vref0为所述出线侧换流器所在线路有功功率的初始值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压的初始值,Pt=tF+T、Vt=tF+T为阻抗补偿控制退出时刻所述出线侧换流器所在线路有功功率与所述母线侧换流器所在母线的电压,TR为斜坡控制的时间。
可选的,所述电压扰动大具体为:母线电压的偏差值大于预设的阈值。
本申请第三方面提供一种电压稳定控制设备,所述设备包括处理器以及存储器:
所述存储器用于存储程序代码,并将所述程序代码传输给所述处理器;
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令,执行如上述第一方面所述的电压稳定控制方法的步骤。
本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质用于存储程序代码,所述程序代码用于执行上述第一方面所述的方法。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
本申请中,提供了一种电压稳定控制装置,包括:潮流路由器和协调控制器;所述潮流路由器用于将测量的线路中的电压信号传输至所述协调控制器,并将线路功率和电压控制在指定值;所述协调控制器用于对接收到的电压信号进行分析并向所述潮流路由器发送控制指令。
本申请通过在输配电系统中配置潮流路由器以及协调控制器,通过协调控制器对潮流路由器进行控制,能够增强输配电系统在大扰动后的恢复性能,即抑制恢复过程的暂态过电压、暂态欠电压,从而提升进入准稳态运行的速度。
附图说明
图1为本申请一种电压稳定控制装置的一个实施例的装置结构图;
图2为本申请一种电压稳定控制方法的一个实施例的方法流程图;
图3为本申请中潮流路由器的结构示意图;
图4为本申请斜坡控制的示意图;
图5为本申请一种电压稳定控制方法中电压稳定控制策略的一个实施例的流程图;
图6为本申请未配置潮流路由器时的输配电系统的结构示意图;
图7为本申请配置潮流路由器时的输配电系统的结构示意图;
图8为本申请母线6处无PFR、有PFR时常规控制以及有PFR时协调控制时的节点电压示意图;
图9为本申请母线8处无PFR、有PFR时常规控制以及有PFR时协调控制时的节点电压示意图。
具体实施方式
本申请通过在输配电系统中配置潮流路由器以及协调控制器,通过协调控制器对潮流路由器进行控制,能够增强输配电系统在大扰动后的恢复性能,即抑制恢复过程的暂态过电压、暂态欠电压,从而提升进入准稳态运行的速度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为了应理解,请参阅图1,图1为本申请一种电压稳定控制装置的一个实施例的装置结构图,如图1所示,图1中包括:潮流路由器和协调控制器。
潮流路由器用于将测量的线路中的电压信号传输至协调控制器,并将线路功率和电压控制在指定值。
协调控制器用于对接收到的电压信号进行分析并向潮流路由器发送控制指令。
需要说明的是,潮流路由器用于实时测量线路中的各节点电压,并将节点电压信号传输至协调控制器,潮流路由器还能够调节线路中电压的幅值和相角,并为线路提供无功补偿;另外,当输配电系统中发生故障时,潮流路由器将波动的电压信号传输至协调控制器,协调控制器接收到潮流路由器发送的波动的电压信号时,对电压信号进行分析,从而发送相应的控制指令到潮流路由器,从而快速稳定大扰动后输配电系统中的电压和功率。其中图5未配置潮流路由器时的输配电系统的结构示意图,图6为配置潮流路由器时的输配电系统的结构示意图。
在一种实施例中,潮流路由器包括核心计算单元、通信接口单元、能量传输接口单元、潮流控制单元;
潮流控制单元由母线侧换流器以及每个母线侧换流器对应多个出线侧换流器构成,母线侧换流器和多个出线侧换流器连接到同一直流母线,用于调节线路电压的幅值和相角,并为线路提供无功补偿。
需要说明的是,潮流路由器的具体结构如图3所示,图3中主要呈现的是潮流路由器母线侧以及出线侧的能量传输接口单元;另外潮流路由器还包括计算单元以及通信接口单元。
本申请通过在输配电系统中配置潮流路由器以及协调控制器,通过协调控制器对潮流路由器进行控制,能够增强输配电系统在大扰动后的恢复性能,即抑制恢复过程的暂态过电压、暂态欠电压,从而提升进入准稳态运行的速度。
为了便于理解,本申请还提供了一种电压稳定控制方法的一个实施例的方法流程图,如图2所示,具体为:
201、初始化潮流路由器的母线侧换流器以及出线侧换流器的运行指令。
需要说明的是,所述运行指令为将输配电系统中所有潮流路由器(PFR)设备中的母线侧换流器(VSC_SH)的电压运行模式设置为定电压运行模式并设置稳态电压指令(Vref0),以减少调度系统在线匹配节点无功的计算负荷与调度风险。将潮流路由器(PFR)设备中的所有出线侧换流器(VSC_SE)设置为定功率运行模式并设置稳态功率指令(P0,Q0),以减少调度系统在线计算的压力。其中一个输配电系统包括多个潮流路由器,一个潮流路由器包括一个母线侧换流器和若干出线侧换流器。
202、对母线侧进行协调控制具体为:当发生故障时,选取母线电压扰动大的母线侧换流器作为第一母线侧换流器,并选取第一母线侧换流器中交流电压的最低值作为电压指令;当故障清除后,维持电压指令直到所述母线侧换流器的交流电压幅值降至稳态电压指令。
需要说明的是,当系统发生故障时,针对母线侧换流器的协调控制策略为,选取所有潮流路由器(PFR)设备中受到大扰动影响的母线侧换流器;采集在故障中该母线侧换流器交流电压的最低值,将该值设为电压指令(Vref_f),以减少母线侧换流器为维持节点电压而造成的过载。在故障清除后的输配电系统恢复过程中,受到机电暂态的影响,各节点将会出现暂态过电压,为抑制该过电压,可维持电压指令(Vref_f),直至母线侧换流器(VSC_SH)的交流电压幅值第一次降至稳态电压指令(Vref0)。
203、对出线侧协调控制具体为:当发生故障时,将母线电压扰动大的出线侧换流器的运行模式切换到阻抗补偿模式,并根据电压波动的偏差量计算出阻抗补偿指令;当故障清除后,在阻抗补偿指令结束后将出线侧换流器切换回定功率运行模式。
需要说明的是,针对出线侧换流器的协调控制策略为,选取受到大扰动影响的出线侧换流器,将这些出线侧换流器(VSC_SE,i)由定功率控制切换为阻抗补偿控制,根据电压偏差量,计算出补偿阻抗指令,以提高潮流路由器在暂态过程中维持受大扰动影响的出线侧电压稳定能力。系统电压恢复稳定后,采用斜坡控制的方式将这些出线侧换流器(VSC_SE,i)切换回定功率控制,保证系统在恢复电压稳定的时候仍然能够实现潮流控制目标。对于受到小扰动影响的出线侧换流(VSC_SE,j),不做控制方式的切换与功率指令的更改。
在一种实施例中,采用斜坡控制的方式将这些出线侧换流器(VSC_SE,i)切换回定功率控制具体为:
式中,Pref、Vref为所述出线侧换流器所在线路有功功率目标值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压目标值,Pref0、Vref0为所述出线侧换流器所在线路有功功率的初始值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压的初始值,tT为阻抗补偿控制退出时刻,为阻抗补偿控制退出时的所述出线侧换流器所在线路的有功功率与所述母线侧换流器所在节点的母线电压,TR为斜坡控制的时间。
图4中纵轴表示控制目标,可以是线路的功率或者节点的电压。当PFR阻抗补偿控制经过T时间退出时,将定功率控制的控制目标设定为当前线路有功与电压值,然后以斜坡的方式经过时间TR变化到故障前的目标值。采用斜坡控制方式切换,以保证线路潮流以及节点电压的平滑过渡,防止因为切换控制方式而导致系统出现不稳定的情况。其中tF+T=T1,tF+T+TR=Tg。
则PFR电压稳定控制策略数学表达式如下:
当tF≤t≤tF+T时:
当tF+T≤t≤tF+T+TR时:
式中,KPP是指功率控制中PI控制器比例环节控制的KP参数;KPI是指功率控制中PI控制器积分环节控制的KI参数;KVP2是指电压控制中PI控制器比例环节控制的KP参数;KVI2是指电压控制中PI控制器积分环节控制的KI参数;Vseq为所述出线侧换流器输出电压与送端电压相垂直的分量,Vsep为所述出线侧换流器输出电压与送端电压同相的分量,Pref为所述出线侧换流器所在线路有功功率目标值,PL为所述出线侧换流器所在线路有功功率实际值,Vref为所述母线侧换流器所在节点的母线电压目标值,Vj为所述母线侧换流器所在节点的母线电压实际值。tF为发生大扰动故障的时刻(当Vref-VT≥0.2p.u.表示为发生大扰动),T为阻抗补偿投入时间,本可以设置为0s<T≤10s,Pref0、Vref0为所述出线侧换流器所在线路有功功率的初始值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压的初始值,Pt=tF+T、Vt=tF+T为阻抗补偿控制退出时刻所述出线侧换流器所在线路有功功率与所述母线侧换流器所在母线的电压,TR为斜坡控制的时间。
在一种具体的实施例中,在输配电系统中设置有两台潮流路由器,可参考图1,包括潮流路由器2和潮流路由器4以及其对应的母线2和母线4。
大扰动的定义为:当输配电系统受到扰动后的暂态过程中,负荷母线电压能够在10s内恢复到0.8p.u.以上。中长期过程中负荷母线电压能够保持或恢复到0.9p.u.以上。阻抗补偿控制切换条件可以定为:母线电压出现了大于0.2p.u.的偏差且维持50ms,切换为阻抗补偿控制。补偿时间T不超过10s。
该14节点系统的电压稳定性,以大扰动下,恢复过电压至1.3pu为条件,如图1所示可明显分位两个区域:稳定性较高区域:1~5;稳定性较低区域:6~14。
在配置潮流路由器后,假设母线8发生三相对地故障。依据本申请提出的协调控制策略的具体流程图如图5所示,选取图1中两台潮流路由器设备中的4号设备(PFR4),通过更改4号母线侧换流器的电压指令来稳定母线4的电压,选取4号设备中的第5个出线侧换流器VSC_SE45和第7个出线侧换流器VSC_SE47两个,将其运行模式切换为阻抗补偿控制,主动调节分支4-5和分支4-7的线路阻抗,来提升分支6和8的电压稳定性,进而分支6~14区域的整体稳定性。
在大扰动下采用基于协调策略的控制方法,可以将母线6和母线8的电压超调量降低10%,并可一直其在后续动态过程中的电压波动,改善效果的时域表现如图8-9所示,其中图8为本申请母线6处无PFR、有PFR时常规控制以及有PFR时协调控制时的节点电压示意图;图9为本申请母线8处无PFR、有PFR时常规控制以及有PFR时协调控制时的节点电压示意图。
本申请实施例还提供了另一种电压稳定控制设备,包括处理器以及存储器:其中存储器用于存储程序代码,并将程序代码传输给处理器;处理器用于根据程序代码中的指令执行本申请一种电压稳定控制方法的任一项实施方式。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,用于存储程序代码,该程序代码用于执行前述各个实施例所述的一种电压稳定控制方法中的任意一种实施方式。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电压稳定控制装置,其特征在于,包括:潮流路由器和协调控制器;
所述潮流路由器用于将测量的线路中的电压信号传输至所述协调控制器,并将线路功率和电压控制在指定值;
所述协调控制器用于对接收到的电压信号进行分析并向所述潮流路由器发送控制指令;
对母线侧进行协调控制具体为:当发生故障时,选取母线电压扰动大的母线侧换流器作为第一母线侧换流器,采集在故障中单个所述第一母线侧换流器中交流电压的最低值作为电压指令;当故障清除后,维持所述电压指令直到所述母线侧换流器的交流电压幅值降至稳态电压指令;
对出线侧协调控制具体为:当发生故障时,将母线电压扰动大的出线侧换流器的运行模式切换到阻抗补偿模式,并根据电压波动的偏差量计算出阻抗补偿指令;当故障清除后,在所述阻抗补偿指令结束后将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式。
2.根据权利要求1所述的电压稳定控制装置,其特征在于,所述潮流路由器包括核心计算单元、通信接口单元、能量传输接口单元、潮流控制单元;
所述潮流控制单元由母线侧换流器以及每个所述母线侧换流器对应多个出线侧换流器构成,所述母线侧换流器和多个所述出线侧换流器连接到同一直流母线,用于调节线路电压的幅值和相角,并为线路提供无功补偿。
3.一种电压稳定控制方法,基于权利要求1-2任一项所述的装置实现,其特征在于,包括:
初始化潮流路由器的母线侧换流器以及出线侧换流器的运行指令;
对母线侧进行协调控制具体为:当发生故障时,选取母线电压扰动大的所述母线侧换流器作为第一母线侧换流器,采集在故障中单个所述第一母线侧换流器中交流电压的最低值作为电压指令;当故障清除后,维持所述电压指令直到所述母线侧换流器的交流电压幅值降至稳态电压指令;
对出线侧协调控制具体为:当发生故障时,将母线电压扰动大的所述出线侧换流器的运行模式切换到阻抗补偿模式,并根据电压波动的偏差量计算出阻抗补偿指令;当故障清除后,在所述阻抗补偿指令结束后将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式。
4.根据权利要求3所述的电压稳定控制方法,其特征在于,所述初始化潮流路由器的所述母线侧换流器以及所述出线侧换流器的运行指令具体为:
将所述潮流路由器的所述母线侧换流器设定在定电压运行模式并设置稳态电压指令;
将所述潮流路由器的所述出线侧换流器设定在定功率运行模型并设置稳态功率指令。
5.根据权利要求3所述的电压稳定控制方法,其特征在于,在所述阻抗补偿指令结束后将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式具体为:
在所述阻抗补偿指令结束后采用斜坡控制的方式将所述出线侧换流器切换回定功率运行模式。
7.根据权利要求6所述的电压稳定控制方法,其特征在于,所述稳态电压指令为:
当tF≤t≤tF+T时:
当tF+T≤t≤tF+T+TR时:
式中,KPP是指功率控制中PI控制器比例环节控制的KP参数;KPI是指功率控制中PI控制器积分环节控制的KI参数;KVP2是指电压控制中PI控制器比例环节控制的KP参数;KVI2是指电压控制中PI控制器积分环节控制的KI参数;Vseq为所述出线侧换流器输出电压与送端电压相垂直的分量,Vsep为所述出线侧换流器输出电压与送端电压同相的分量,Pref为所述出线侧换流器所在线路有功功率目标值,PL为所述出线侧换流器所在线路有功功率实际值,Vref为所述母线侧换流器所在节点的母线电压目标值,Vj为所述母线侧换流器所在节点的母线电压实际值;tF为发生大扰动故障的时刻,T为阻抗补偿投入时间,Pref0、Vref0为所述出线侧换流器所在线路有功功率的初始值以及所述母线侧换流器所在节点的母线电压的初始值,Pt=tF+T、Vt=tF+T为阻抗补偿控制退出时刻所述出线侧换流器所在线路有功功率与所述母线侧换流器所在母线的电压,TR为斜坡控制的时间。
8.根据权利要求3所述的电压稳定控制方法,其特征在于,所述电压扰动大具体为:
母线电压的偏差值大于预设的阈值。
9.一种电压稳定控制设备,其特征在于,所述设备包括处理器以及存储器:
所述存储器用于存储程序代码,并将所述程序代码传输给所述处理器;
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求3-8任一项所述的电压稳定控制方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质用于存储程序代码,所述程序代码用于执行权利要求3-8任一项所述的电压稳定控制方法。
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