CN204243766U - 一种动态无功补偿装置控制目标转换系统 - Google Patents

一种动态无功补偿装置控制目标转换系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种动态无功补偿装置控制目标转换系统，本技术方案实现在动态无功补偿装置SVC和AVC之间控制目标的转换，可以使动态无功补偿装置控制目标在电压越限时的电压控制目标、AVC下发的电压控制目标、AVC下发的无功功率控制目标几种目标间切换。既可以充分利用动态无功补偿装置的快速响应特性，又可以发挥AVC对于全网或某一地区多个变电站间协调平衡无功电压的能力，同时还能满足AVC下发给动态无功补偿装置无功命令和电压命令两种方式的兼顾。

Description

一种动态无功补偿装置控制目标转换系统
技术领域
本实用新型涉及风电控制技术领域，特别涉及一种动态无功补偿装置控制目标转换系统。
背景技术
AVC(Automatic Voltage Control)自动电压控制指利用计算机系统、通讯网络和可调控设备，根据电网实时运行工况在线计算控制策略，自动控制电压和无功调节设备，以实现合理的无功电压分布。目前，AVC已经广泛应用于电厂和电网中。近几年，随着新能源发电的迅猛发展，特别是大规模风电场的集中接入电网，AVC技术在风电场中也广为应用。
在风电场中，通常为了抑制由于风速波动引起的电压波动，一般都配置有动态无功补偿装置SVC等。SVC(Static VAR Compensator)是一种晶闸管阀控型动态无功补偿装置，通过控制晶闸管不同的导通角度，控制并联到系统中的等值电感值，从而改变接入到系统中的无功功率。动态无功补偿装置具有毫秒级的响应速度，可以快速平抑电压波动，并在系统发生短路等大扰动时迅速提供动态无功支撑。
其中，一现有技术的工作原理为：将动态无功补偿装置SVC纳入AVC的控制范围，执行AVC下发的无功功率控制命令，实现风电场或变电站内的无功资源统一协调控制，以达到平衡无功功率稳定电压的目的。
上述技术方案的缺点为：动态无功补偿装置和AVC之间的这种控制方式，完全将动态无功补偿装置作为AVC的执行单元，没有充分利用和发挥动态无功补偿装置快速响应的动态特性，当发生系统扰动时，由于AVC分钟级的响应速度，而无法响应系统扰动。
另一现有技术的工作原理为：动态无功补偿装置具有恒电压、恒无功等多种控制模式，在一些变电站中根据应用需要在两种控制方式间相互转换，当电压超过某一限值范围时，执行恒电压控制，当电压在限值范围内时，执行恒无功控制。
上述技术方案的缺点为：动态无功补偿装置仅仅能监测到所在变电站的母线电压运行水平，从本站电压和无功水平角度下发给装置调节目标值，无法从某一地区无功电压平衡角度调节。因此，系统电压和无功调节可能从地区平衡角度考虑未必达到最优效果。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种动态无功补偿装置控制目标转换系统，既可以充分利用动态无功补偿装置的快速响应特性，又可以发挥AVC对于全网或某一地区多个变电站间协调平衡无功电压的能力，同时还能满足AVC下发给动态无功补偿装置无功命令和电压命令两种方式的兼顾。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种动态无功补偿装置控制目标转换系统，该系统包括：
第一选择单元，包括第一切换开关，所述第一切换开关用于根据应用选择AVC控制命令导通通路；
电压比较单元，包括第一增益电路和比较器；所述第一增益电路用于对电力系统运行电压进行处理，获得系统电压有效值Vs；所述比较器用于将所述系统电压有效值Vs与电压上限值Vmax、电压下限值Vmin进行比较；若Vs≤Vmin或Vs≥Vmax，则判断结果为当前系统电压越限；若Vmin＜Vs＜Vmax，则判断结果为当前系统电压合格，并将判断结果输入至第二选择单元；
第二选择单元，包括第二切换开关和第三切换开关；其中，所述第三切换开关的状态与所述第一切换开关的状态联动；
当判断结果为Vs≤Vmin或Vs≥Vmax，所述第二切换开关导通到当前系统电压越限通路，第二选择单元的输出指令传输至电压控制目标生成单元；
当判断结果为Vmin＜Vs＜Vmax，所述第二切换开关导通到当前系统电压不越限通路，所述第一切换开关导通到AVC下发电压控制指令对应的通路，所述第三切换开关亦导通到AVC下发电压控制指令对应的通路，第二选择单元的输出指令传输至电压控制目标生成单元；所述第一切换开关导通到AVC下发无功控制指令对应的通路，所述第三切换开关亦导通到AVC下发无功控制指令对应的通路，第二选择单元的输出指令传输至SVC恒无功控制单元；
电压控制目标生成单元，用于根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref；其中，当导通当前系统电压越限通路时，根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref为(Vmax+Vmin)/2；当导通到AVC下发电压控制指令对应的通路时，根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref为AVC下发的电压目标值VAVC；
SVC恒无功控制单元，用于根据AVC下发的无功控制命令，对系统电压有效值Vs经过调节输出第一动态无功补偿装置电纳值BΔQ；
SVC恒电压控制单元，用于利用所述电压控制目标生成单元输出的电压控制目标值Vref，对系统电压有效值Vs经过调节输出第二动态无功补偿装置电纳值BΔV；
触发单元，用于根据所述第一动态无功补偿装置电纳值BΔQ、第二动态无功补偿装置电纳值BΔV生成第三动态无功补偿装置电纳值Bref，利用所述第三动态无功补偿装置电纳值Bref生成触发角α，通过所述触发角α改变晶闸管阀导通角度，实现控制动态无功补偿装置并联到电力系统中的支路电流IL。
优选地，所述SVC恒无功控制单元包括第二增益电路、第一乘法器、第一减法器和第一PI控制器；其中，
所述第二增益电路的输入端输入电力系统中的支路电流IL，支路电流IL经过第二增益电路之后与系统电压Vs经所述第一乘法器相乘得到当前时刻动态无功补偿装置支路输出的无功功率QSVC，将当前时刻动态无功补偿装置支路输出的无功功率QSVC输入至第一减法器，同时，根据AVC下发的无功控制命令，将静止无功补偿器的无功参准值Qref输入至所述第一减法器，所述第一减法器输出无功功率QSVC与无功参准值Qref之间的差值ΔQ，所述差值ΔQ输入至第一PI控制器，经所述第一PI控制器后输出第一电纳值BΔQ。
优选地，所述SVC恒电压控制单元包括第三增益电路、第二乘法器、第二减法器和第二PI控制器；其中，
所述第三增益电路的输入端输入电力系统中的支路电流IL，支路电流IL经过第三增益电路之后与SVC控制斜率KSL经所述第二乘法器相乘得到斜率修正电压VSL，将斜率修正电压VSL输入至第二减法器，系统电压Vs、所述电压控制目标生成单元输出的电压控制目标值Vref输入至第二减法器，所述第二减法器输出斜率修正电压VSL、电压控制目标值Vref、系统电压Vs之间的差值ΔV，所述差值ΔV输入至第二PI控制器，经所述第二PI控制器后输出第二电纳值BΔv。
优选地，所述触发单元包括：加法器、查表电路和晶闸管阀触发系统；其中，
所述电纳值BΔQ、第二电纳值BΔv输入至加法器，经所述加法器输出动态无功补偿装置电纳值Bref，所述动态无功补偿装置电纳值Bref经所述查表电路生成触发角α，所述触发角α经过晶闸管阀触发系统控制晶闸管阀，改变晶闸管阀导通角度。
上述技术方案具有如下有益效果：本技术方案可以解决现有风电场中大量动态无功补偿装置仅作为AVC执行单元只能参与系统稳态调压的不足。可以充分发挥动态无功补偿装置的快速响应特性，在系统短路等暂态过程中发挥动态无功支撑的作用。同时，由于本技术方案考虑了AVC下发给动态无功补偿装置的两种不同命令形式，可以适用于目前绝大多数AVC命令的下发方式。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提出的一种动态无功补偿装置控制目标转换系统框图；
图2为本实施例系统框图；
图3为本实施例仿真结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本技术方案的工作原理：本技术方案实现在动态无功补偿装置SVC和AVC之间控制目标的转换，可以使动态无功补偿装置控制目标在电压越限时的电压控制目标、AVC下发的电压控制目标、AVC下发的无功功率控制目标几种目标间切换。既可以充分利用动态无功补偿装置的快速响应特性，又可以发挥AVC对于全网或某一地区多个变电站间协调平衡无功电压的能力，同时还能满足AVC下发给动态无功补偿装置无功命令和电压命令两种方式的兼顾。
基于上述工作原理，本实用新型提出一种动态无功补偿装置控制目标转换系统，如图1所示。该系统包括：
第一选择单元101，包括第一切换开关1011，所述第一切换开关用于根据选择AVC控制命令导通通路；
电压比较单元102，包括第一增益电路1021和比较器1022；所述第一增益电路1021用于对电力系统运行电压进行处理，获得系统电压有效值Vs；所述第一比较器1022用于将所述系统电压有效值Vs与电压上限值Vmax、电压下限值Vmin进行比较；若Vs≤Vmin或Vs≥Vmax，则判断结果为当前系统电压越限；若Vmin＜Vs＜Vmax，则判断结果为当前系统电压合格，并将判断结果输入至第二选择单元103；
第二选择单元103，包括第二切换开关1031和第三切换开关1032；其中，所述第三切换开关1032的状态与所述第一切换开关1011的状态联动；
当判断结果为Vs≤Vmin或Vs≥Vmax，所述第二切换开关1031导通到当前系统电压越限通路，第二选择单元103的输出指令传输至电压控制目标生成单元；
当判断结果为Vmin＜Vs＜Vmax，所述第二切换开关1031导通到当前系统电压不越限通路，所述第一切换开关1011导通到AVC下发电压控制指令对应的通路，所述第三切换开关1032亦导通到AVC下发电压控制指令对应的通路，第二选择单元103的输出指令传输至电压控制目标生成单元；所述第一切换开关1011导通到AVC下发无功控制指令对应的通路，所述第三切换开关1032亦导通到AVC下发无功控制指令对应的通路，第二选择单元103的输出指令传输至SVC恒无功控制单元；
电压控制目标生成单元104，用于根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref；其中，当导通当前系统电压越限通路时，根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref为(Vmax+Vmin)/2；当导通到AVC下发电压控制指令对应的通路时，根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref为AVC下发的电压目标值VAVC；
SVC恒无功控制单元105，用于根据AVC下发的无功控制命令，对系统电压有效值Vs经过调节输出第一动态无功补偿装置电纳值BΔQ；
SVC恒电压控制单元106，用于利用所述电压控制目标生成单元输出的电压控制目标值Vref，对系统电压有效值Vs经过调节输出第二动态无功补偿装置电纳值BΔV；
触发单元107，用于根据所述第一动态无功补偿装置电纳值BΔQ、第二动态无功补偿装置电纳值BΔV生成第三动态无功补偿装置电纳值Bref，利用所述第三动态无功补偿装置电纳值Bref生成触发角α，通过所述触发角α改变晶闸管阀导通角度，实现控制动态无功补偿装置并联到电力系统中的支路电流IL。
实施例：
如图2所示，为本实施例系统框图。各部分单元具体实施方式如下：
(1)AVC控制命令下发选择电路
AVC下发给动态无功补偿SVC装置的控制命令可以有两种形式，电压命令或者无功功率命令，不同的变电站应用场合可能会下发不同的命令形式。当所在变电站AVC下发给SVC以电压目标值作为控制命令时，切换开关K1导通到AVC下发电压控制指令通路；当所在变电站AVC下发给SVC以无功目标值作为控制命令时，切换开关K1导通到AVC下发无功控制指令通路。根据本电路所选择的不同通路，分别进入下一个当前电压越限判断电路。
(2)当前电压越限判断电路
该电路输入为采集到的当前所控母线电压，输出为当前电压是否越限的判断结果。检测当前系统运行电压Vst经过测量用一阶滞后环节得到系统电压有效值Vs，将该值同电压上下限进行比较，判断当前电压是否越限。此电路包含电压比较器，比较器输入为系统电压Vs，电压上限Vmax、下限Vmin，当Vs≥Vmax或者Vs≤Vmin表示当前电压越上限或下限，当Vmin＜Vs＜Vmax时，表示当前电压合格。
(3)控制目标选择电路
该电路输入为上一级当前电压越限判断电路的输出结果，当电压越限时，切换开关K2导通到当前系统电压越限通路，当系统电压不越限时，切换开关K2导通到当前系统电压不越限通路，进入此通路后取决于切换开关K3状态。此电路中切换开关K3状态同AVC控制命令下发选择电路中K1状态联动。根据此电路中切换开关K2和K3不同的状态位置，电路输出经过不同通路输入到下一级电路。当K2导通到当前系统电压越限通路时，此电路输出到电压控制目标生成电路；K2导通到当前系统电压不越限通路，且K3导通到AVC下发电压控制指令时，此电路输出到电压控制目标生成电路；当K2导通到当前系统电压不越限通路，且K3导通到AVC下发无功控制指令时，此电路输出到SVC恒无功控制电路，并将AVC下发的无功功率控制目标Qref和系统电压Vs输出到SVC恒无功控制电路。
(4)电压控制目标生成电路
此电路包含两个赋值电路，根据上一级的输出分别进入到不同的赋值电路中，此电路的输出为SVC需要执行的电压控制功能的目标值Vref，并同时将系统电压Vs输出到SVC恒电压控制电路。
当控制目标选择电路切换开关K2导通到当前系统电压越限通路时，将进入本电路的赋值电路1，即将电压上限Vmax和电压下限Vmin平均值(Vmax+Vmin)/2作为电压控制目标，并赋值给Vref；当控制目标选择电路切换开关K2导通到当前系统电压不越限通路，且切换开关K1导通到AVC下发电压控制指令通路时，将进入本电路的赋值电路2，即将AVC下发的电压目标值VAVC作为电压控制目标，并赋值给Vref。
(5)SVC恒无功控制电路
当上一级电路控制目标选择电路K2导通到当前系统电压不越限通路，且切换开关K3导通到AVC下发无功控制指令通路时，进入本电路，并将AVC下发的无功功率控制目标Qref和系统电压Vs输入到本电路。
本电路是SVC根据AVC下发的无功控制命令，经过PI调节，输出控制电纳值。电路的输入量为当前系统电压Vs，AVC下发的无功指令Qref，动态无功补偿支路当前电路IL，输出为动态无功补偿装置电纳值BΔQ。
输入量IL经过测量用一阶滞后环节后，与输入系统电压Vs经过乘法器相乘，得到当前时刻动态无功补偿装置支路输出的无功功率QSVC，将由AVC下发的Qref与QSVC输入到减法器中，Qref-QSVC得到输出结果ΔQ，再将ΔQ作为输入变量输入到PI控制器中。其中，KP、KiQ都分别是恒无功控制电路中比例、积分环节系数，经过PI控制器后将输出由恒无功控制环节产生的SVC电纳BΔQ。
(6)SVC恒电压控制电路
电压控制目标生成电路的输出的电压控制目标值Vref和系统电压Vs输入到本电路，输入量还包含当前时刻动态无功补偿支路电流IL，输出为动态无功补偿装置电纳值BΔV。
输入量IL经过测量用一阶滞后环节后，与SVC控制斜率KSL相乘得到斜率修正电压VSL。电压目标值Vref、系统电压Vs、斜率修正电压VSL三个量共同输入到减法器，输出电压差，即ΔV＝Vref-Vs-VSL，再将ΔV作为输入变量输入到PI控制器中。其中，KV、KiV都分别是恒电压控制电路中比例、积分环节系数，经过PI控制器后将输出由恒电压控制环节产生的SVC电纳BΔV。
(7)触发角生成及触发电路
此部分电路输入SVC恒无功控制电路产生的BΔQ、SVC恒电压控制电路产生的BΔV，将上述两个变量输入到加法器生成动态无功补偿装置电纳值Bref，Bref经过查表电路生成触发角α，触发角经过晶闸管阀触发系统控制触发晶闸管阀，改变晶闸管阀导通角度，从而控制和改变动态无功补偿装置并联到系统中的支路电流IL。
如图3所示，为本实施例仿真结果示意图。在图3中，曲线1为AVC所控制的220kV母线电压目标值曲线，曲线2为220kV母线实际电压值曲线，曲线3为AVC下发给SVC的无功目标值曲线，曲线4为SVC实际发出的无功目标值曲线。
在系统正常运行时，AVC会按照曲线1电压目标值给SVC下发曲线3所示的SVC输出无功目标，SVC按照曲线3调节输出功率，曲线4为SVC实际输出无功功率，从而改变220kV母线实际电压，即图3中的曲线2。当系统突然发生短路故障，曲线2中的电压突降，但由于此时曲线1没有变化，AVC的响应速度也无法瞬间检测到电压突变，那么在故障对应时刻，曲线3没有突变。但SVC可以在短路瞬间切换到就地电压控制，SVC能够迅速调节自己输出的无功功率，提供暂态的无功支撑，即图中曲线4的小尖峰。如果SVC不具备控制目标转换能力，则SVC依然执行AVC下发的无功目标，依然按照曲线3输出无功功率，将无法对系统的短路故障提供有效的无功支撑作用。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种动态无功补偿装置控制目标转换系统，其特征在于，该系统包括：
第一选择单元，包括第一切换开关，所述第一切换开关用于根据应用选择AVC控制命令导通通路；
电压比较单元，包括第一增益电路和比较器；所述第一增益电路用于对电力系统运行电压进行处理，获得系统电压有效值Vs；所述比较器用于将所述系统电压有效值Vs与电压上限值Vmax、电压下限值Vmin进行比较；若Vs≤Vmin或Vs≥Vmax，则判断结果为当前系统电压越限；若Vmin＜Vs＜Vmax，则判断结果为当前系统电压合格，并将判断结果输入至第二选择单元；
第二选择单元，包括第二切换开关和第三切换开关；其中，所述第三切换开关的状态与所述第一切换开关的状态联动；
当判断结果为Vs≤Vmin或Vs≥Vmax，所述第二切换开关导通到当前系统电压越限通路，第二选择单元的输出指令传输至电压控制目标生成单元；
当判断结果为Vmin＜Vs＜Vmax，所述第二切换开关导通到当前系统电压不越限通路，所述第一切换开关导通到AVC下发电压控制指令对应的通路，所述第三切换开关亦导通到AVC下发电压控制指令对应的通路，第二选择单元的输出指令传输至电压控制目标生成单元；所述第一切换开关导通到AVC下发无功控制指令对应的通路，所述第三切换开关亦导通到AVC下发无功控制指令对应的通路，第二选择单元的输出指令传输至SVC恒无功控制单元；
电压控制目标生成单元，用于根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref；其中，当导通当前系统电压越限通路时，根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref为(Vmax+Vmin)/2；当导通到AVC下发电压控制指令对应的通路时，根据第二选择单元的输出指令，输出电压控制目标值Vref为AVC下发的电压目标值VAVC；
SVC恒无功控制单元，用于根据AVC下发的无功控制命令，对系统电压有效值Vs经过调节输出第一动态无功补偿装置电纳值BΔQ；
SVC恒电压控制单元，用于利用所述电压控制目标生成单元输出的电压控制目标值Vref，对系统电压有效值Vs经过调节输出第二动态无功补偿装置电纳值BΔV；
触发单元，用于根据所述第一动态无功补偿装置电纳值BΔQ、第二动态无功补偿装置电纳值BΔV生成第三动态无功补偿装置电纳值Bref，利用所述第三动态无功补偿装置电纳值Bref生成触发角α，通过所述触发角α改变晶闸管阀导通角度，实现控制动态无功补偿装置并联到电力系统中的支路电流IL。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SVC恒无功控制单元包括第二增益电路、第一乘法器、第一减法器和第一PI控制器；其中，
所述第二增益电路的输入端输入电力系统中的支路电流IL，支路电流IL经过第二增益电路之后与系统电压VS经所述第一乘法器相乘得到当前时刻动态无功补偿装置支路输出的无功功率QSVC，将当前时刻动态无功补偿装置支路输出的无功功率QSVC输入至第一减法器，同时，根据AVC下发的无功控制命令，将静止无功补偿器的无功参准值Qref输入至所述第一减法器，所述第一减法器输出无功功率QSVC与无功参准值Qref之间的差值ΔQ，所述差值ΔQ输入至第一PI控制器，经所述第一PI控制器后输出第一电纳值BΔQ。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SVC恒电压控制单元包括第三增益电路、第二乘法器、第二减法器和第二PI控制器；其中，
所述第三增益电路的输入端输入电力系统中的支路电流IL，支路电流IL经过第三增益电路之后与SVC控制斜率KSL经所述第二乘法器相乘得到斜率修正电压VSL，将斜率修正电压VSL输入至第二减法器，系统电压Vs、所述电压控制目标生成单元输出的电压控制目标值Vref输入至第二减法器，所述第二减法器输出斜率修正电压VSL、电压控制目标值Vref、系统电压Vs之间的差值ΔV，所述差值ΔV输入至第二PI控制器，经所述第二PI控制器后输出第二电纳值BΔv。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述触发单元包括：加法器、查表电路和晶闸管阀触发系统；其中，
所述电纳值BΔQ、第二电纳值BΔv输入至加法器，经所述加法器输出动态无功补偿装置电纳值Bref，所述动态无功补偿装置电纳值Bref经所述查表电路生成触发角α，所述触发角α经过晶闸管阀触发系统控制晶闸管阀，改变晶闸管阀导通角度。
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