專利名稱：一種適用于交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)動態(tài)無功補(bǔ)償方法，特別是交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明使用的技術(shù)術(shù)語動態(tài)無功補(bǔ)償裝置基于大功率電力電子元件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置，例如靜止無功補(bǔ)償器SVC(Static Var Compensator)和靜止同步補(bǔ)償器 STATCOM(Static Synchronous Compensator)。交直流混聯(lián)電網(wǎng)當(dāng)交流電網(wǎng)含有直流工程的換流站時，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)混合輸電模式的電網(wǎng)。廣域測量系統(tǒng)(WAMS):以同步相量測量技術(shù)為基礎(chǔ)，以電力系統(tǒng)動態(tài)過程監(jiān)測、分析和控制為目標(biāo)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。目前電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)控制策略是以安裝點(diǎn)變電站高壓側(cè)母線電壓作為輸入控制信號，或者引入臨近線路功率等附加控制信號，向系統(tǒng)及時提供無功補(bǔ)償，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，但是不能同時滿足交直流混聯(lián)電網(wǎng)的交流故障和直流閉鎖故障對系統(tǒng)的無功需求。以SVC為例，以安裝點(diǎn)變電站高壓側(cè)母線電壓作為控制輸入信號，經(jīng)過采樣濾波(時間常數(shù)TJ環(huán)節(jié)(即單元或裝置，下同)、超前滯后環(huán)節(jié)(時間常數(shù)^彳^丄及輸出環(huán)節(jié)(晶閘管輸出時間常數(shù)!；)后，輸出動態(tài)無功功率至變電站低壓母線。當(dāng)SVC等動態(tài)無功補(bǔ)償裝置需要提供動態(tài)阻尼作用時，可考慮引入線路功率等附加控制信號，通過超前滯后環(huán)節(jié)，附加到Vref信號上(附加點(diǎn)I)或附加到最終控制器輸出環(huán)節(jié)(附加點(diǎn)2)。為充分發(fā)揮SVC的快速補(bǔ)償特性，控制器加入暫態(tài)強(qiáng)補(bǔ)功能，即當(dāng)控制點(diǎn)電壓跌落幅度超過A U，并且線路有功跌落幅度超過AP時，SVC輸出最大容性無功，時間持續(xù)t秒。功能框圖如圖I所示。由于無功補(bǔ)償裝置傳統(tǒng)的控制策略都是引用本地電壓和線路功率作為輸入信號，以維持本地站點(diǎn)高壓母線電壓恒定為控制目標(biāo)。然而，交直流混聯(lián)電網(wǎng)中交流故障和直流閉鎖時對動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枨笮问讲煌沟脽o功補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)策略不能同時適應(yīng)交流故障和直流閉鎖故障對無功補(bǔ)償?shù)男枨?。電網(wǎng)發(fā)生交流故障時，SVC等動態(tài)裝置的傳統(tǒng)控制策略可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行水平，無論無功輸出是否有超前滯后環(huán)節(jié)。若無功輸出沒有超前滯后環(huán)節(jié)，則無功補(bǔ)償裝置在系統(tǒng)功角第一擺中即提供動態(tài)無功，提高系統(tǒng)暫穩(wěn)能力。若無功輸出含有超前滯后環(huán)節(jié)，則能在不影響系統(tǒng)第一擺功角大小情況下提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定水平。然而電網(wǎng)發(fā)生直流閉鎖時的情況與交流故障不同。當(dāng)直流閉鎖時，由于直流濾波電容的延時退出，以及潮流的重新分布，直流近區(qū)電網(wǎng)電壓一般會普遍升高。因此，直流閉鎖后，動態(tài)無功設(shè)備不僅不會有暫態(tài)強(qiáng)補(bǔ)投運(yùn)，還會釋放部分感性無功，即降低系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能同時兼顧直流和交流故障后系統(tǒng)的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定性的適用于交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種適用于交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，包括以下步驟I)以安裝點(diǎn)變電站高壓側(cè)母線電壓作為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的主控制器的輸入控制信號，該輸入控制信號依次經(jīng)過主控制器的采樣單元、隔直單元、超前滯后單元以及放大單元處理后輸出信號；2)選取重要線路交流斷面功率或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的附加控制器的廣域輸入信號；3)設(shè)定上述附加控制器的參數(shù)
J- I_ sin(警)a =^l =-
7(5 I+ sin(備)^6=Tl= —y=；
(Dy/aT7 = T9 = ct T6 ；其中，4)為超前滯后補(bǔ)償相角，a為零點(diǎn)與極點(diǎn)之間的比值，(0為主導(dǎo)頻率T6、t7、t8、T9為超前滯后單元的時間常數(shù)；以及，根據(jù)直流送電功率大小選取放大倍數(shù)Kp = I 10 ;4)將步驟2)選取的廣域輸入信號以及步驟3)設(shè)定的對應(yīng)參數(shù)輸入至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的附加控制器中，廣域輸入信號依次經(jīng)過附加控制器的采樣單元、隔直單元、超前滯后單元以及放大單元，從而得到附加電壓控制信號，該附加電壓控制信號與步驟I)主控制器的輸出信號疊加后作為動態(tài)無功功率信號輸出至變電站低壓母線；上述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置為靜止無功補(bǔ)償器或靜止同步補(bǔ)償器。上述重要線路交流斷面功率為區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線功率。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(由主控制器和附加控制器組成)的控制策略中引入重要交流斷面功率，以真實(shí)地反映系統(tǒng)發(fā)生交流故障和直流故障時，對無功功率的實(shí)際需求，提高交直流混聯(lián)電網(wǎng)的交流故障和直流閉鎖故障后系統(tǒng)的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定水平。為滿足混聯(lián)外送電網(wǎng)中交、直流故障后系統(tǒng)穩(wěn)定需求，將廣域測量信號，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或重要線路交流斷面功率等引入SVC/STATC0M等動態(tài)無功裝置的控制中，則可同時兼顧直流和交流故障后系統(tǒng)的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定性。需要說明的是，引入交流斷面功率作為SVC等附加控制信號已在很多文獻(xiàn)提出，其附加控制器輸出幅值相對較小，其根本目的是提高系統(tǒng)阻尼。本發(fā)明在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中引入重要交流斷面功率等信號的首要目的是增強(qiáng)系統(tǒng)第一擺的穩(wěn)定性，其次才是增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，兩者控制策略和控制器參數(shù)并不一致。以四川現(xiàn)有的890Mvar SVC容量為例，采用本發(fā)明無功控制策略，對提高交流系統(tǒng)故障后的暫態(tài)穩(wěn)定性作用有限，但能進(jìn)一步提高系統(tǒng)阻尼4%以上；能減小直流閉鎖后第一擺功角5度以上，并且能提高系統(tǒng)阻尼8%，而引起的被控母線電壓最大電壓升幅小于5kV。


圖I是現(xiàn)有典型SVC控制框圖。圖2是本發(fā)明采用廣域信號的SVC控制框圖。
圖3、圖4分別是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)框圖和閉環(huán)傳遞函數(shù)框圖。圖5是交流故障時有無STATCOM廣域控制下四川對華中的功角差曲線圖。圖6是直流故障時有無STATCOM廣域控制下四川對華中的功角差曲線圖。
具體實(shí)施例方式圖I中，VC為控制點(diǎn)電壓，P1為本地線路有功功率。圖2中，VC為控制點(diǎn)電壓，P1為重要線路交流斷面功率。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明的核心思想是在動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制方法中引入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或重要線路交流斷面功率，以真實(shí)地反映系統(tǒng)對無功功率的實(shí)際需求，適應(yīng)交直流混聯(lián)電網(wǎng)的交流故障和直流閉鎖故障。交流嚴(yán)重故障后，因機(jī)組加速導(dǎo)致交流重要送出斷面有功功率快速增長；直流閉鎖故障后，因直流功率轉(zhuǎn)移至交流通道，交流重要送出斷面有功功率也會出現(xiàn)快速增長。取Qs = Kh(S)P1(S) (K為放大倍數(shù)，P1 (S)為交流斷面功率，h (S)為超前滯后校正，s為復(fù)頻率)作為SVC/STATC0M無功附加控制量，則無論交流故障還是直流故障，SVC/STATC0M都能在故障后輸出容性無功，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定能力得到提高。采用廣域信號的SVC無功補(bǔ)償控制框圖如圖2所示。本發(fā)明的實(shí)施方案(I)引入重要交流斷面線路功率采用小信號分析方法，在SVC或STATCOM的安裝點(diǎn)注入無功階躍擾動A Q (t)，利用暫態(tài)仿真分析手段得出各重要交流線路的有功功率響應(yīng)APiUhi = 1，...，N。根據(jù)大區(qū)間存在的主導(dǎo)頻率《，選擇主導(dǎo)頻率為《(即低頻振蕩頻率)并且具有最大可觀性的線路I的功率AP1U), (I e 1，...，N)作為無功補(bǔ)償裝置廣域輸入信號。一般可直接選擇區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線功率作為廣域輸入信號。(2)附加(廣域)控制器參數(shù)設(shè)定根據(jù)小信號分析法得出的輸入輸出響應(yīng)AQ(t)和APjt)，求取開環(huán)傳遞函數(shù)G0(S) = AP1(S)MQ(S),如圖 3。引入AP1(S)作為反饋?zhàn)兞浚到y(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)框圖如圖4所示，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為= ~^~( I)其中G(s) = Gtl(S)G1(S)=1；2為廣域信號采樣延時時間常數(shù)
由式⑴可得，閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為I-G(S)H(S)=O(2)假設(shè)加入反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)后閉環(huán)系統(tǒng)新的主導(dǎo)極點(diǎn)為Sd，滿足系統(tǒng)特征方程
權(quán)利要求
1.一種適用于交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，其特征是，包括以下步驟 1)以安裝點(diǎn)變電站高壓側(cè)母線電壓作為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的主控制器的輸入控制信號，該輸入控制信號依次經(jīng)過主控制器的采樣單元、隔直單元、超前滯后單元以及放大單元處理后輸出信號； 2)為增強(qiáng)系統(tǒng)第一擺的穩(wěn)定性，同時兼顧增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，選取重要線路交流斷面功率或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的附加控制器的廣域輸入信號； 3)設(shè)定上述附加控制器的參數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種適用于交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，其特征是，所述重要線路交流斷面功率為區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線功率。
全文摘要
一種適用于交直流混聯(lián)外送電網(wǎng)的動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，針對交直流混聯(lián)電網(wǎng)下的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，選取重要交流斷面線路功率作為其附加控制器的廣域輸入信號，同時根據(jù)控制目的設(shè)置附加控制器參數(shù)，最后將附加控制器的輸出信號與主控制器的輸出信號疊加后作為動態(tài)無功功率信號輸出至變電站低壓母線，以增強(qiáng)系統(tǒng)第一擺暫態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)阻尼水平。本發(fā)明能真實(shí)地反映系統(tǒng)發(fā)生交流故障和直流故障時，對無功功率的實(shí)際要求，提高交直流混聯(lián)電網(wǎng)的交流故障和直流閉鎖故障后系統(tǒng)的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定水平。
文檔編號H02J3/18GK102624010SQ20121011600
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者丁理杰, 張華 , 湯凡, 王彪 申請人:四川電力科學(xué)研究院