CN112398138B - 一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法，根据高压换流站交流母线电压幅值和变化率确定控制模式，稳态控制模式时，实现无功/电压目标控制；暂态控制模式时，增加附加控制，设置无功小组禁止投切；闭锁模式时，调相机闭锁输出，同时设置无功小组禁止投切；延时后，重新检测交流母线电压、电压变化率，确定控制模式。本发明还公开一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制系统，主从控制器用于接收系统电压、无功指令，实现高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法；输入输出单元用于完成调相机、无功小组闭环控制。此种技术方案通过同步调相机与高压换流站无功小组的协调控制，实现稳态过程电压维持和暂态过程电压恢复功能。

Description

一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统控制领域，特别涉及一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法和系统。
背景技术
目前随着特高压直流的快速发展，清洁能源的大规模开发，大比例受电地区的集中出现，电网特性发生较大变化，强直弱交问题越来越突出。主要体现在三个方面，一是特高压直流受端电网动态无功不足问题突出；二是风电、光伏等新能源集中开发地区，直流输电送端电网薄弱，短路容量不足；三是北上广深等高比例受电地区无功支撑不足，易引发电压问题。
为解决大电网电压无功问题，国网提出新一代调相机方案，主要关注其暂态无功支撑性能，同时兼顾稳态无功需求；抑制电压波动，降低直流换相失败几率。调相机与电子式无功补偿设备SVC和STATCOM相比，首先无功出力几乎不受系统电压影响，常规SVC和STATCOM相设备，当系统电压降低时，反而不能实现满无功输出；其次调相机具备深度进相和强励的能力，额定容量300MVar的调相机可以在200MVar的无功下长期进相运行。
因此，亟需一种大容量同步调相机与高压换流站无功设备电压无功协调控制方法，解决暂稳态过程中电压无功问题。现有涉及调相机和高压换流站无功设备的协调控制方法并不多，如申请号201710307415.7的中国专利文献公开了直流换流站交流滤波器与调相机的无功协调控制方法，稳态时调相机运行点留有足够动态无功储备，但未给出具体无功储备计算；又如申请号为201811080243.5的中国专利文献公开了一种调相机与特高压直流换流站电压无功协调控制方法，基于现有调相机控制模式，保持原有直流控保中交流滤波组的投切策略，调整调相机控制目标，其实际并不能达到无功设备投切带来的交流母线电压波动。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法及系统，基于目前高压换流站同步调相机、交流滤波器组、并联电容电抗等无功补偿设备之间无信息交互的现状，通过同步调相机与高压换流站无功小组的协调控制，实现稳态过程电压维持和暂态过程电压恢复功能。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法，包括如下步骤：
步骤1，根据高压换流站交流母线电压幅值和变化率确定控制模式，所述控制模式包含有稳态控制模式、暂态控制模式和闭锁模式；
控制模式为稳态控制模式时，根据控制目标的选择，又分为恒无功控制模式和电压控制模式：恒无功控制模式下，调相机无功目标值为Qs_ref，实现无功目标控制；电压控制模式下，系统电压目标值为Us_ref，实现电压目标控制；
控制模式为暂态控制模式时，在调相机控制回路增加附加控制，设置无功小组禁止投切；
控制模式为闭锁模式时，调相机闭锁输出，同时设置无功小组禁止投切；
步骤2，经延时t后，重新检测交流母线电压、电压变化率，返回步骤1。
上述步骤1中，确定控制模式的方法是：
当交流母线电压高于0.95倍额定电压且电压变化率不高于设定值时，确定为稳态控制模式；
当交流母线电压低于0.95倍额定电压且高于0.7倍额定电压或电压变化率高于设定值时，确定为暂态控制模式；
当交流母线电压低于0.7倍额定电压时，确定为闭锁模式。
上述步骤1中，控制模式为稳态控制模式时，稳态过程中调相机无功输出最大值Qmax、最小值Qmin分别为：
Qmax＝Sn-Qf+k·UsN·1％
Qmin＝Qjx+Qf-k·UsN·1％
其中，Sn为调相机额定容量，Qjx为调相机最大进相运行无功，Qf为单组无功小组容量，UsN为交流母线电压额定值，k为无功电压灵敏度系数。
上述步骤1中，控制模式为稳态控制模式时，根据如下控制逻辑实现无功目标控制：首先判断母线电压是否超出最大电压限值，当交流电压超过最大电压限值时，判定依次延时切除无功小组，直至达到绝对最小滤波器数；当交流母线电压未超过最大电压限值时，判断调相机无功调整裕度是否能满足系统恢复额定状态的无功需求，若不满足，则判定投/切一组无功小组，且满足谐波要求所投入的最小滤波器组数；若满足，则同步调相机维持稳态输出无功目标值。
上述步骤1中，控制模式为稳态控制模式时，根据如下控制逻辑实现电压目标控制：首先判断母线电压是否超出最大电压限值，当交流电压超过最大电压限值时，判定依次延时切除无功小组，直至达到绝对最小滤波器数；当交流母线电压未超过最大电压限值时，根据电压变化量计算无功置换量，判断调相机无功调整裕度是否能满足系统恢复额定状态的无功需求，若不满足，则判定投/切一组无功小组，且满足谐波要求所投入的最小滤波器组数；若满足，则同步调相机维持稳态输出无功置换量。
上述步骤1中，控制模式为暂态控制模式时，增加的附加控制逻辑为：首先计算逆变侧关断角的目标值与实际值的偏差，然后比较关断角偏差和偏差通过时延环节后的输出值，选取两者中较大值，在不断更新过程中选取关断角偏差最大值，并通过PI环节引入到交流电压输入端，保持该最大值直至附加控制功能退出。
一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制系统，包括主从控制器及输入输出单元，其中，主从控制器用于接收系统电压、无功指令，实现如前所述的高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法；所述输入输出单元用于完成调相机、无功小组闭环控制。
上述主从控制器为双机热备用方式，分别与主站系统双向连接。
采用上述方案后，本发明在稳态过程中能提升系统对交流电压的精确控制能力，减少系统电压波动；暂态工况下，该协调控制方法能使系统有足够的动态无功支持，减少直流系统换相失败的发生。同时通过附加控制模块能进一步提升系统对换相失败的抵御能力，改善系统的恢复特性。
附图说明
图1是本发明的基本流程框图；
图2是稳态工况下恒无功模式控制框图；
图3是稳态工况下电压模式控制框图；
图4是暂态工况下增加附加控制调相机控制逻辑图；
图5是暂态工况下有无附加控制交流母线电压对比图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法，具体包括以下步骤：
1)通过高压换流站交流母线电压幅值和变化率进行判断控制模式；
2)控制模式为稳态控制模式时，根据控制目标的选择，又分为恒无功控制模式和电压控制模式：恒无功控制模式下，调相机无功目标值为Qs_ref，经控制逻辑1实现无功目标控制；电压控制模式下，系统电压目标值为Us_ref，经控制逻辑2实现电压目标控制；
3)控制模式为暂态控制模式时，在原有调相机控制回路增加附加控制，使得调相机提供更多的无功支撑，更好地抑制直流换相失败。由于暂态过程无功电压波动较快，设置无功小组禁止投切；
4)控制模式为闭锁模式时，调相机闭锁输出，同时设置无功小组禁止投切；
5)经延时t后，重新检测交流母线电压、电压变化率，返回步骤1)。
本实施例中，步骤1)中控制模式判断的具体判据如下：
a)当交流母线电压高于0.95倍额定电压且电压变化率不高于设定值时，判定为稳态控制模式；
b)当交流母线电压低于0.95倍额定电压且高于0.7倍额定电压或电压变化率高于设定值时，判定为暂态控制模式；
c)当交流母线电压低于0.7倍额定电压时，判定为闭锁模式。
本实施例中，步骤2)中稳态控制模式下，为保证单组无功小组投切母线电压波动不大于1％，调相机需保留一定静态无功储备。稳态过程中调相机无功输出最大值Qmax、最小值Qmin分别为：
Qmax＝Sn-Qf+k·UsN·1％ (1)
Qmin＝Qjx+Qf-k·UsN·1％ (2)
其中，Sn为调相机额定容量，Qjx为调相机最大进相运行无功，Qf为单组无功小组容量，UsN为交流母线电压额定值，k为无功电压灵敏度系数。
本实施例中，如图2所示，步骤2)中控制逻辑1，具体为：首先判断母线电压是否超出最大电压限值，当交流电压超过最大电压限值时，应判定依次延时切除无功小组，直至达到绝对最小滤波器数；当交流母线电压未超过最大电压限值时，判断调相机无功调整裕度是否能满足系统恢复额定状态的无功需求，若不满足，则判定投/切一组无功小组，前提需满足谐波要求所投入的最小滤波器组数；若满足，则同步调相机维持稳态输出无功目标值。
本实施例中，如图3所示，步骤2)中控制逻辑2，具体为：首先判断母线电压是否超出最大电压限值，当交流电压超过最大电压限值时，应判定依次延时切除无功小组，直至达到绝对最小滤波器数；当交流母线电压未超过最大电压限值时，根据电压变化量计算无功置换量，判断调相机无功调整裕度是否能满足系统恢复额定状态的无功需求，若不满足，则判定投/切一组无功小组，前提需满足谐波要求所投入的最小滤波器组数；若满足，则同步调相机维持稳态输出无功置换量。
本实施例中，如图4所示，步骤3)中暂态控制模式下，调相机无功输出不再受式(1)和式(2)限制。附加控制具体逻辑为：首先计算逆变侧关断角的目标值与实际值的偏差，然后比较关断角偏差和偏差通过时延环节后的输出值，选取两者中较大值，在不断更新过程中选取关断角偏差最大值，并通过PI环节引入到交流电压输入端，保持该最大值直至附加控制功能退出，从而使得调相机可以在短时间提供更多无功补偿，帮助系统更快地恢复稳定。
图5示出了暂态工况下有无附加控制对比图，以验证增加附加控制策略的有效性。在故障发生后，无附加控制的直流系统逆变侧关断角降到0°，而含附加控制的直流系统直流电压下降趋势得到抑制，逆变侧关断角大于7.5°，系统未发生换相失败，表明附加控制能抑制换相失败的发生，且能改善系统恢复特性。
本实施例还提供了一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制系统，包括主从控制器及相应的输入输出单元，其中，所述的主从控制器用于接收系统电压、无功指令，实现上述电压无功协调控制方法；所述的输入输出单元用于完成调相机、无功小组等闭环控制。所述主从控制器为双机热备用方式，分别与主站系统双向连接。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，根据高压换流站交流母线电压幅值和变化率确定控制模式，所述控制模式包含有稳态控制模式、暂态控制模式和闭锁模式；
控制模式为稳态控制模式时，根据控制目标的选择，又分为恒无功控制模式和电压控制模式：恒无功控制模式下，调相机无功目标值为Qs_ref，实现无功目标控制；电压控制模式下，系统电压目标值为Us_ref，实现电压目标控制；
控制模式为暂态控制模式时，在调相机控制回路增加附加控制，设置无功小组禁止投切；
控制模式为闭锁模式时，调相机闭锁输出，同时设置无功小组禁止投切；
步骤2，经延时t后，重新检测交流母线电压、电压变化率，返回步骤1；
所述步骤1中，确定控制模式的方法是：
当交流母线电压高于0.95倍额定电压且电压变化率不高于设定值时，确定为稳态控制模式；
当交流母线电压低于0.95倍额定电压且高于0.7倍额定电压或电压变化率高于设定值时，确定为暂态控制模式；
当交流母线电压低于0.7倍额定电压时，确定为闭锁模式。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1中，控制模式为稳态控制模式时，稳态过程中调相机无功输出最大值Qmax、最小值Qmin分别为：
Qmax＝Sn-Qf+k·UsN·1％
Qmin＝Qjx+Qf-k·UsN·1％
其中，Sn为调相机额定容量，Qjx为调相机最大进相运行无功，Qf为单组无功小组容量，UsN为交流母线电压额定值，k为无功电压灵敏度系数。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1中，控制模式为稳态控制模式时，根据如下控制逻辑实现无功目标控制：首先判断母线电压是否超出最大电压限值，当交流电压超过最大电压限值时，判定依次延时切除无功小组，直至达到绝对最小滤波器数；当交流母线电压未超过最大电压限值时，判断调相机无功调整裕度是否能满足系统恢复额定状态的无功需求，若不满足，则判定投/切一组无功小组，且满足谐波要求所投入的最小滤波器组数；若满足，则同步调相机维持稳态输出无功目标值。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1中，控制模式为稳态控制模式时，根据如下控制逻辑实现电压目标控制：首先判断母线电压是否超出最大电压限值，当交流电压超过最大电压限值时，判定依次延时切除无功小组，直至达到绝对最小滤波器数；当交流母线电压未超过最大电压限值时，根据电压变化量计算无功置换量，判断调相机无功调整裕度是否能满足系统恢复额定状态的无功需求，若不满足，则判定投/切一组无功小组，且满足谐波要求所投入的最小滤波器组数；若满足，则同步调相机维持稳态输出无功置换量。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1中，控制模式为暂态控制模式时，增加的附加控制逻辑为：首先计算逆变侧关断角的目标值与实际值的偏差，然后比较关断角偏差和偏差通过时延环节后的输出值，选取两者中较大值，在不断更新过程中选取关断角偏差最大值，并通过PI环节引入到交流电压输入端，保持该最大值直至附加控制功能退出。
6.一种高压换流站同步调相机电压无功协调控制系统，其特征在于：包括主从控制器及输入输出单元，其中，主从控制器用于接收系统电压、无功指令，实现权利要求1所述的高压换流站同步调相机电压无功协调控制方法；所述输入输出单元用于完成调相机、无功小组闭环控制。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述主从控制器为双机热备用方式，分别与主站系统双向连接。
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