一種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括中壓側(cè)的可控電抗器MCR、低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC、中低壓母線(xiàn)及電壓電流互感器，在中低壓兩側(cè)母線(xiàn)和低壓側(cè)配置電容器組分別掛有虛擬氣隙的可控電抗器，提供感性無(wú)功補(bǔ)償，且在低壓側(cè)配置電容器組，實(shí)現(xiàn)感性至容性無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)，對(duì)變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化綜合控制，采用中壓側(cè)的可控電抗器MCR和低壓側(cè)的MCR型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。采用本發(fā)明的虛擬氣隙可控電抗器能夠?qū)崿F(xiàn)可控電抗器的容量可調(diào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，特別涉及一種基于虛擬氣隙的可控電抗器，將虛擬氣隙的可控電抗器分別直掛中低壓兩側(cè)母線(xiàn)，提供感性無(wú)功補(bǔ)償，且在低壓側(cè)配置電容器組，實(shí)現(xiàn)感性至容性無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)，對(duì)變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化綜合控制。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)保證用戶(hù)安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及用電設(shè)備的安全和壽命，有重要的影響。無(wú)功優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要點(diǎn)，而電壓和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)具有緊密的聯(lián)系。電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無(wú)功功率的平衡，無(wú)功不足會(huì)引起電壓偏低，反之會(huì)使得電壓偏高，因此有效的電壓控制和合理的無(wú)功補(bǔ)償，不僅能保證電壓質(zhì)量，還能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]傳統(tǒng)的變電站電壓無(wú)功控制系統(tǒng)是對(duì)單側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制，普遍采用調(diào)節(jié)變壓器分接頭、投切電容器組等。近年來(lái)，靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了無(wú)功的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，達(dá)到了電壓無(wú)功的動(dòng)態(tài)自動(dòng)補(bǔ)償控制。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC由電容器組和可控電抗器組成，應(yīng)用較廣的晶閘管控制電抗器TCR由反向并聯(lián)的晶閘管與電感串聯(lián)，通過(guò)控制晶閘管開(kāi)通角，調(diào)節(jié)電感電流，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。由于晶閘管兩端為母線(xiàn)電壓，受電力電子器件特性所限，僅用于35kV及以下電壓等級(jí)。當(dāng)反向并聯(lián)晶閘管的實(shí)際觸發(fā)角度存在控制偏差時(shí)，晶閘管控制電抗器TCR輸出電流會(huì)含有直流分量，對(duì)電力變壓器、互感器等電力設(shè)備的運(yùn)行將產(chǎn)生危害。
[0004]另外，由于晶閘管控制電抗器TCR采用相控方式，產(chǎn)生的諧波不可忽視。為消除或抑制TCR的諧波電流多采用外部抑制法，如:①LC無(wú)源濾波器:價(jià)格高、重量大、占地大?’②分組控制和多重化:結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制繁瑣。
[0005]目前應(yīng)用較多的晶閘管控制電抗器TCR型SVC受電壓等級(jí)和容量所限，不能直接接入高電壓等級(jí)電網(wǎng)。大多僅以功率因數(shù)或是某個(gè)等級(jí)的電壓或功率因數(shù)作為目標(biāo)，控制目標(biāo)相對(duì)單一，未能充分考慮系統(tǒng)的復(fù)雜性，難以實(shí)現(xiàn)較好的多目標(biāo)優(yōu)化控制。需要研究大容量、高電壓等級(jí)、低諧波的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。
[0006]當(dāng)SVC用于變電站時(shí)往往經(jīng)由變壓器的低壓母線(xiàn)接入系統(tǒng)，在不同的系統(tǒng)運(yùn)行方式和不同負(fù)荷水平下，SVC對(duì)于各側(cè)的電壓調(diào)節(jié)不一定同步，可能出現(xiàn)高壓側(cè)偏低而低壓側(cè)偏高或高壓側(cè)正常而低壓側(cè)偏低等復(fù)雜情況。
[0007]在高壓配電網(wǎng)中，220kV變電站多采用三繞組變壓器，如:220kV/110kV/10kV或220kV/110kV/35kV，有多個(gè)電壓等級(jí)的線(xiàn)路。電壓無(wú)功調(diào)節(jié)主要通過(guò)變壓器高壓側(cè)分接頭和低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置配合調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種方式下的主要缺點(diǎn)在于:一方面，很難應(yīng)對(duì)各側(cè)電壓無(wú)功調(diào)節(jié)不一致的復(fù)雜情況，更難以同時(shí)兼顧各側(cè)電壓無(wú)功的精確控制；另一方面，通過(guò)低壓側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償中壓側(cè)的無(wú)功導(dǎo)致大量無(wú)功穿越變壓器，造成電能損耗，影響變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用中壓側(cè)的可控電抗器MCR和低壓側(cè)的可控電抗器MCR型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括中壓側(cè)的可控電抗器MCR、低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC、中低壓母線(xiàn)及電壓電流互感器，在中低壓兩側(cè)母線(xiàn)和低壓側(cè)配置電容器組分別掛有虛擬氣隙的可控電抗器。
[0010]所述虛擬氣隙的可控電抗器是在原普通鐵心電抗器的氣隙中填入非線(xiàn)性鐵磁材料，所述非線(xiàn)性鐵磁材料為鑄鐵、硅鋼片、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、坡莫合金以及納米材料，通常選用其中多種材料，根據(jù)設(shè)計(jì)需要由多個(gè)一定截面和高度的柱體鐵磁體段填入不同鐵芯的空氣氣隙中，填入鐵芯的空氣氣隙中非線(xiàn)性材料的量，主要指鐵磁體段的面積和高度，這兩個(gè)參數(shù)與不同鐵芯的設(shè)計(jì)類(lèi)似，滿(mǎn)足整個(gè)鐵芯的磁導(dǎo)率隨控制量變化特性的要求即可，因此，非線(xiàn)性鐵磁材料填入的量并不唯一確定，通過(guò)改變直流控制電流勵(lì)磁產(chǎn)生的直流磁通，改變所填充的鐵磁材料磁導(dǎo)率，該直流磁通與鐵芯中的交流磁通同向疊加或抵消，隨著填充的鐵磁材料磁導(dǎo)率的改變，電抗值發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)虛擬氣隙可控電抗器的容量可調(diào)，故又稱(chēng)為虛擬氣隙可控電抗器。
[0011]所述虛擬氣隙可控電抗器的繞組結(jié)構(gòu)是邊柱上對(duì)稱(chēng)地繞有兩個(gè)線(xiàn)圈，上下兩個(gè)線(xiàn)圈都有抽頭，抽頭之間接有可控-TpT2，不同鐵心的上下兩個(gè)繞組交叉連接后并聯(lián)至電網(wǎng)，
[0012]當(dāng)所述虛擬氣隙可控電抗器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可控硅1\、T2承受的電壓僅為電網(wǎng)電壓的1%，在電源電壓的正、負(fù)半周輪流觸發(fā)導(dǎo)通可控硅Tl和T2，產(chǎn)生直流控制電流，使鐵心虛擬氣隙鐵磁材料飽和，輸出無(wú)功電流，可控電抗器輸出電流標(biāo)么值^大小取決于可控娃導(dǎo)通角度α，可控硅導(dǎo)通角越大，產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，電抗器鐵心虛擬氣隙鐵磁材料飽和程度越高，電抗器的輸出無(wú)功電流越大。
[0013]所述虛擬氣隙可控電抗器的鐵芯結(jié)構(gòu)采用諧波內(nèi)部抑制機(jī)理設(shè)計(jì)，使輸出的諧波電流比普通可控電抗器MCR更小。所述虛擬氣隙可控電抗器結(jié)構(gòu)與普通鐵心電抗器十分類(lèi)似，故可借鑒普通鐵心電抗器成熟的制造工藝，使產(chǎn)品具有可靠性高，漏磁小，損耗低，諧波小等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0015]①將低壓側(cè)的可控電抗器MCR容量、電容器組各組容量配置、中壓側(cè)直掛可控電抗器MCR的容量和協(xié)調(diào)優(yōu)化模型集錄入?yún)f(xié)調(diào)控制器；
[0016]②根據(jù)主變分接頭檔位投切信息，變電站系統(tǒng)和主變壓器運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)選擇對(duì)應(yīng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化阻抗模型。
[0017]③實(shí)時(shí)測(cè)量主變壓器三側(cè)母線(xiàn)、低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC和中壓側(cè)的可控電抗器MCR的運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化計(jì)算主變分接頭檔位、中壓側(cè)的可控電抗器MCR和低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC的投入容量；
[0018]上述優(yōu)化條件包括高中低壓三側(cè)母線(xiàn)電壓水平，中低壓側(cè)功率因數(shù)和有功功率，遵循中壓側(cè)功率因數(shù)和低壓側(cè)母線(xiàn)電壓水平優(yōu)先的原則，再綜合考慮各側(cè)電壓水平和功率因數(shù)，[0019]④根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)節(jié)主變壓器分接頭檔位，對(duì)兩側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置采用雙閉環(huán)控制，遵循協(xié)調(diào)優(yōu)化阻抗模型的外環(huán)控制調(diào)節(jié)兩側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，在確保中壓側(cè)參數(shù)不越限的前提下，低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC采用自閉環(huán)控制。
[0020]所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)三側(cè)母線(xiàn)電壓、電流和無(wú)功功率，并控制多個(gè)裝置。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為虛擬氣隙可控電抗器的繞組結(jié)構(gòu)和控制特性曲線(xiàn)。
[0022]圖2為本發(fā)明所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)框圖。
[0023]圖3為本發(fā)明所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制流程圖。
[0024]圖4為中壓側(cè)的可控電抗器MCR和低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC的控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]如圖1 (a)所示，本發(fā)明提出的虛擬氣隙可控電抗器結(jié)構(gòu)，是在原普通鐵心電抗器的氣隙中填入非線(xiàn)性鐵磁材料，通過(guò)一定的控制方式改變所填充的鐵磁材料磁導(dǎo)率，我們把這些被鐵磁材料填充部分稱(chēng)為虛擬氣隙。隨著填充的鐵磁材料磁導(dǎo)率的改變，電抗值發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)虛擬氣隙電抗器為容量可調(diào)，故又稱(chēng)為虛擬氣隙可控電抗器。
[0027]如圖1所示，虛擬氣隙可控電抗器的繞組結(jié)構(gòu)，是在邊柱上對(duì)稱(chēng)地繞有兩個(gè)線(xiàn)圈，上下兩個(gè)線(xiàn)圈都有抽頭，抽頭之間接有可控硅T1、T2，不同鐵心的上下兩個(gè)繞組交叉連接后并聯(lián)至電網(wǎng)。當(dāng)電抗器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可控硅T1、T2承受的電壓僅為電網(wǎng)電壓的1%。在電源電壓的正、負(fù)半周輪流觸發(fā)導(dǎo)通可控硅Tl和T2，產(chǎn)生直流控制電流，使鐵心虛擬氣隙鐵磁材料飽和，輸出無(wú)功電流?？煽仉娍蛊鬏敵鲭娏鳂?biāo)么值尤:大小取決于可控娃導(dǎo)通角度ct ,兩者間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1 (b)所示?？煽毓鑼?dǎo)通角越大，產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，電抗器鐵心虛擬氣隙鐵磁材料飽和程度越高，電抗器的輸出無(wú)功電流越大。
[0028]針對(duì)諧波和損耗等技術(shù)指標(biāo)要求，利用多級(jí)虛擬氣隙優(yōu)化技術(shù)，對(duì)可控電抗器的鐵芯結(jié)構(gòu)，即虛擬氣隙，采用諧波內(nèi)部抑制設(shè)計(jì)。對(duì)氣隙的分段，每段截面的長(zhǎng)度和面積的優(yōu)化，利用特殊材料填充簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)。減小諧波和損耗主要在于優(yōu)化鐵芯磁化曲線(xiàn)，填充結(jié)構(gòu)引起的邊緣效應(yīng)。
[0029]根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，虛擬氣隙可控電抗器的各項(xiàng)指標(biāo)可達(dá)總諧波含量不超過(guò)2.5%額定電流；快速響應(yīng)速度，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間不大于20ms?60ms ;低損耗，額定輸出容量下的有功損耗約為0.8%，而平均損耗約為0.5%。因此，這種結(jié)構(gòu)能較好的滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求，有較好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。
[0030]本發(fā)明提供的基于虛擬氣隙可控電抗器的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，對(duì)中壓側(cè)的可控電抗器MCR和低壓側(cè)的MCR型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)框圖如圖2所示，該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理、電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償裝置控制三個(gè)部分。
[0031](I)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理[0032]本系統(tǒng)中主變壓器三側(cè)母線(xiàn)的電壓互感器和電流互感器，中壓側(cè)MCR和低壓側(cè)MSVC的電流互感器，檢測(cè)相關(guān)電壓和電流瞬時(shí)值。經(jīng)由如公式I和公式2的Clarke變換，將三相電路各相電壓電流瞬時(shí)值變換到a -0坐標(biāo)系上，其中，u0, i0為零序電壓和零序電流。
【權(quán)利要求】
1.一種變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制系統(tǒng)包括中壓側(cè)的可控電抗器MCR、低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC、中低壓母線(xiàn)及電壓電流互感器，在中低壓兩側(cè)母線(xiàn)和低壓側(cè)配置電容器組分別掛有虛擬氣隙的可控電抗器。
2.權(quán)利要求1所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬氣隙的可控電抗器是在原普通鐵心電抗器的氣隙中填入非線(xiàn)性鐵磁材料，所述非線(xiàn)性鐵磁材料為鑄鐵、硅鋼片、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、坡莫合金及其納米材料，通過(guò)一定的控制方式改變所填充的鐵磁材料磁導(dǎo)率，隨著填充的鐵磁材料磁導(dǎo)率的改變，電抗值發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)虛擬氣隙可控電抗器的容量可調(diào)， 所述虛擬氣隙可控電抗器的繞組結(jié)構(gòu)是邊柱上對(duì)稱(chēng)地繞有兩個(gè)線(xiàn)圈，上下兩個(gè)線(xiàn)圈都有抽頭，抽頭之間接有可控硅1\、T2，不同鐵心的上下兩個(gè)繞組交叉連接后并聯(lián)至電網(wǎng)， 當(dāng)所述虛擬氣隙可控電抗器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可控硅?\、Τ2承受的電壓僅為電網(wǎng)電壓的1%，在電源電壓的正、負(fù)半周輪流觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T1和T2，產(chǎn)生直流控制電流，使鐵心虛擬氣隙鐵磁材料飽和，輸出無(wú)功電流，可控電抗器輸出電流標(biāo)么值4大小取決于可控娃導(dǎo)通角度α，可控硅導(dǎo)通角越大，產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，電抗器鐵心虛擬氣隙鐵磁材料飽和程度越高，電抗器的輸出無(wú)功電流越大。
3.權(quán)利要求1所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬氣隙可控電抗器的鐵芯結(jié)構(gòu)采用諧波內(nèi)部抑制機(jī)理設(shè)計(jì)，使輸出的諧波電流比普通可控電抗器MCR更小。
4.一種適用于權(quán)利要求1所述的變電站多側(cè)電壓無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: ①將低壓側(cè)的可控電抗器MCR容量、電容器組各組容量配置、中壓側(cè)直掛可控電抗器MCR的容量和協(xié)調(diào)優(yōu)化模型集錄入?yún)f(xié)調(diào)控制器；` ②根據(jù)主變分接頭檔位投切信息，變電站系統(tǒng)和主變壓器運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)選擇對(duì)應(yīng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化阻抗模型； ③實(shí)時(shí)測(cè)量主變壓器三側(cè)母線(xiàn)、低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC和中壓側(cè)的可控電抗器MCR的運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化計(jì)算主變分接頭檔位、中壓側(cè)的可控電抗器MCR和低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC的投入容量； 上述優(yōu)化條件包括高中低壓三側(cè)母線(xiàn)電壓水平，中低壓側(cè)功率因數(shù)和有功功率，遵循中壓側(cè)功率因數(shù)和低壓側(cè)母線(xiàn)電壓水平優(yōu)先的原則，再綜合考慮各側(cè)電壓水平和功率因數(shù)， ④根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)節(jié)主變壓器分接頭檔位，對(duì)兩側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置采用雙閉環(huán)控制，遵循協(xié)調(diào)優(yōu)化阻抗模型的外環(huán)控制調(diào)節(jié)兩側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，在確保中壓側(cè)參數(shù)不越限的前提下，低壓側(cè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC采用自閉環(huán)控制。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103532151SQ201310460344
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】韋建波, 黃啟哲, 楊明江, 徐學(xué)勇, 劉路, 周柯, 劉蔚, 覃海志, 盧紹成, 張近勝, 覃江英, 李輝杰, 韋濤, 田翠華, 袁佳歆, 王朋, 陳耀軍, 徐曌宇, 周攀 申請(qǐng)人:廣西電網(wǎng)公司河池供電局, 廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 武漢海奧電氣有限公司