[发明专利]一种动态无功补偿装置接入输电网的控制方法

摘要

本发明涉及一种动态无功补偿装置的系统控制方法，属于电力系统的电网安全稳定控制技术领域。该方法根据动态无功补偿装置接入输电网的电压、电流、变电站内并联补偿设备的投切状态、以及运行人员的人工设定，快速计算动态无功装置各种功能模式的无功需求值，并决定动态无功补偿装置选取哪些功能模式的输出作为无功参考指令值。本方法具有控制结构清晰、实现简单等特点，解决了传统控制方法只提供单一控制功能的不足。本发明所涉控制方法可应用于电力系统稳定控制中，提高输电网电压稳定和动态稳定性。

主权项

1.一种动态无功补偿装置接入输电网的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)当动态无功补偿装置的一个控制周期到来时，实时测量动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压有效值U_pcc和电流有效值I_pcc；(2)当上述控制周期到来时，检测动态无功补偿装置所在变电站内并联电容和并联电抗的开关状态；(3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压参考值U_ref，根据步骤(1)的电压测量值U_pcc和电压参考值U_ref，计算动态无功补偿装置暂态电压控制模式时的无功功率参考值Q_TVR，具体包括以下步骤：(3-1)计算上述电压测量值U_pcc和电压参考值U_ref的差值ΔU，ΔU=U_pcc-U_ref；(3-2)利用相位补偿传递函数：对电压差值ΔU进行相位补偿计算，得到相位补偿后的电压差信号ΔU_comp，其中s为相位补偿传递函数中的复频率算子，T₁和T₂分别为相位校正参数，T₁=0.01秒，T₂=0.03秒；(3-3)利用比例积分传递函数：根据上述相位补偿后的电压差信号ΔU_comp计算动态无功补偿装置暂态电压控制的无功功率需求值Q_V，其中s为比例积分传递函数中的复频率算子，K_v为比例系数，取值为K_v=4～10，T_v为积分时间常数，T_v=0.005～0.01秒；(3-4)设定动态无功补偿装置无功功率的限幅值Q_max1，将上述无功功率需求值Q_V与无功功率的限幅值Q_max1进行比较，当Q_v>Q_max1时，使动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_TVR=Q_max1，当Q_v<-Q_max1时，动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_TVR=-Q_max1，当-Q_max1<Q_v<Q_max1时，动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_TVR=Q_v；(4)接收输电网调度中心通过网络发送的自动电压调节的无功功率需求值Q_RCR，将该需求值Q_RCR作为远方控制模式的无功功率参考值；(5)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值U_pcc和电压参考值U_ref，计算动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率参考值Q_CVR，具体包括以下步骤：(5-1)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的电压参考值的无功功率参考值U_ref2，计算动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值U_pcc和电压参考值U_ref2的电压差值ΔU₂，ΔU₂=U_pcc-U_ref2，其中U_ref2的取值为：若U_pcc<0.95pu，则使U_ref2=0.95pu，若U_pcc>1.05pu，则使U_ref2=1.05pu，若0.95pu<U_pcc<1.05pu，则使U_ref2=U_pcc，pu表示动态无功补偿装置接入输电网处并网点的额定电压标幺值；(5-2)利用相位补偿传递函数：对上述电压差值ΔU₂进行相位补偿计算，得到相位补偿后的电压差信号ΔU_comp2，其中s为相位补偿传递函数的复频率算子，T₃和T₄分别为相位校正参数，T₃=0.01秒，T₄=0.03秒；(5-3)利用比例积分传递函数：根据上述相位补偿后的电压差信号ΔU_comp2，计算得到动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值Q_V2；其中s为比例积分传递函数中的复频率算子，K_v2为比例系数，K_v2=1～2，T_v2为积分时间常数，T_v2=0.1～0.2秒；(5-4)设定动态无功补偿装置稳态调压模式的容性无功功率限幅值Q_maxC和感性无功功率限幅值Q_maxL，将上述动态无功补偿装置稳态调压模式的无功功率需求值Q_V2与Q_maxC和Q_maxL进行比较，若Q_v2>Q_maxL，则Q_CVR=Q_maxL，若Q_v2<-Q_maxC，则Q_CVR=-Q_maxC，若-Q_maxC<Q_v2<Q_maxL，则Q_CVR=Q_v2，其中容性无功功率限幅值Q_maxC和感性无功功率限幅值Q_maxL的设定方法如下：(5-4-1)设动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电容器的单组容量为Q_C，动态无功补偿装置所在输电网变电站内并联电抗器的单组容量为Q_L；(5-4-2)初始化时，设定容性无功功率限幅值Q_maxC=Q_C，感性无功功率限幅值Q_maxL=Q_L，设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值为1.05pu，下限值为0.95pu，将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与上限值和下限值进行比较：(5-4-2-1)若0.95pu<U_pcc<1.05pu，则进行步骤(6)，(5-4-2-2)若U_pcc≤0.95pu，则：(5-4-2-2-1)使容性无功功率限幅值Q_maxC=Q_C，感性无功功率限幅值Q_maxL=Q_L，同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令；(5-4-2-2-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与下限值进行比较，若U_pcc≤0.95pu，则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电容器的指令，重复步骤(5-4-2-2-1)和(5-4-2-2-2)，直至变电站内所有电容器全部投入；(5-4-2-2-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与下限值进行比较，若U_pcc≤0.95pu，则对容性无功功率限幅值Q_maxC进行判断，若Q_maxC≤0.5pu，则使当前容性无功功率限幅值Q_maxC在上次值的基础上增加一组电容器的容量，即，使Q_maxC(本次)=Q_maxC(前次)+Q_C，并进入步骤(5-4-2-2-4)，若Q_maxC>0.5pu，则使容性无功限幅值Q_maxC=0.5pu，并进入步骤(6)；(5-4-2-2-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与下限值进行比较，若U_pcc≤0.95pu，则重复步骤(5-4-2-2-3)和(5-4-2-2-4)，若U_pcc>0.95pu，则进入步骤(6)；(5-4-2-3)若U_pcc≥1.05pu，则：(5-4-2-3-1)使容性无功功率限幅值Q_maxC=Q_C，感性无功功率限幅值Q_maxL=Q_L，同时对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令；(5-4-2-3-2)继续将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与上限值进行比较，若U_pcc≥1.05pu，则对动态无功补偿装置接入输电网的变电站发出投入一组电抗器的指令，重复步骤(5-4-2-3-1)和(5-4-2-3-2)，直至变电站内所有电抗器全部投入；(5-4-2-3-3)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与上限值进行比较，若U_pcc≥1.05pu，则对容性无功功率限幅值Q_maxL进行判断，若Q_maxL 0.5pu，则使当前容性无功功率限幅值Q_maxL在上次值的基础上增加一组电容器的容量，即，使Q_maxL(本次)=Q_maxL(前次)+Q_L，并进入步骤(5-4-2-3-4)，若Q_maxL>0.5pu，则使感性无功限幅值Q_maxL=0.5pu，并进入步骤(6)；(5-4-2-3-4)将动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压U_pcc与上限值进行比较，若U_pcc≥1.05pu，则重复步骤(5-4-2-3-3)和(5-4-2-3-4)，若U_pcc<1.05pu，则进入步骤(6)；(6)设定动态无功补偿装置的恒无功输出模式的无功功率参考值Q_CQR，取值范围为0～0.1pu的感性无功功率值；(7)根据上述动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压测量值U_pcc和电流测量值I_pcc，计算动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值Q_DR，具体包括以下步骤：(7-1)设定输电网的受控输电线路的有功功率参考值为P_ref，其中P_ref取值为输电网稳态运行时受控输电线路传输的有功功率，计算输电网的受控输电线路的有功功率值为得到输电网稳态运行时受控输电线路的有功功率P_line与有功功率参考值P_ref的差值ΔP，ΔP=P_line-P_ref；(7-2)利用相位补偿传递函数对上述差值ΔP进行相位补偿处理，计算得到相位补偿后的有功功率差值ΔP_comp，其中s为复频率，T5和T6分别为相位校正参数，取值为：T₅=0.01秒，T₆=0.03秒；(7-3)利用带一阶惯性延时的比例环节传递函数根据相位补偿后的有功功率差值ΔP_comp和，计算得到动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率需求量Q_f，其中s为比例环节传递函数的复频率算子，K_f和T_f的取值分别为K_f＝2～5，T_v=0.01～0.05秒；(7-4)设定动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率的限幅值Q_max2，将上述阻尼控制模式的无功功率需求量Q_f与Q_max2进行比较，若Q_f>Q_max2，则使动态无功补偿装置阻尼控制模式的无功功率参考值Q_DR=Q_max2，若Q_f<-Q_max2，则Q_DR=-Q_max2；若-Q_max2<Q_f<Q_max2，则QD_R=Q_f，其中无功功率的限幅值Q_max2的取值为Q_max2=0.2pu；(8)根据动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值U_pcc，判断动态无功补偿装置的运行模式，并根据运行模式，计算动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_ref，并判断动态无功补偿装置的脉冲运行状态，具体包括以下步骤：(8-1)若动态无功补偿装置的上一个控制周期为闭锁脉冲状态，则进行步骤(8-2)，若动态无功补偿装置的上一个控制周期为解锁脉冲状态，则进入步骤(8-3)；(8-2)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的解锁脉冲阈值为0.4pu，将动态无功补偿装置接入输电网的并网点的电压有效值U_pcc与解锁脉冲阈值进行比较，若U_pcc<0.4pu，则判定动态无功补偿装置接入输电网处并网点近端发生短路故障，并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行，结束本控制周期；若U_pcc≥0.4pu，则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行，并进行步骤(8-4)；(8-3)设定动态无功补偿装置接入输电网处并网点的闭锁脉冲阈值为0.3pu，若U_pcc<0.3pu，则判定动态无功补偿装置加入输电网并网点近端发生短路故障，并使动态无功补偿装置在闭锁脉冲状态运行，结束本控制周期；若U_pcc≥0.3pu，则使动态无功补偿装置在解锁脉冲状态运行，并进入步骤(8-4)；(8-4)设定一个动态无功补偿装置接入输电网处并网点的电压下降速度阈值Ku，Ku取值为2pu/s～3pu/s，并设定动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值为0.9pu，将动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压与动态无功补偿装置暂态电压控制模式的电压阈值比较，若U_pcc<0.9pu，或动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt>Ku，则判定输电网发生暂态电压跌落，使动态无功补偿装置装置进入暂态电压控制模式，并进行步骤(8-7)，若U_pcc≥0.9pu，且动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt<Ku，则进行步骤(8-5)，其中动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压的下降速度dU/dt=(U_pcc(N)-U_pcc(N-1))/ΔT，N为控制周期，ΔT为相邻两个控制周期的时间间隔；(8-5)对输电网调度中心调度员设定的远方控制模式进行判断，若设定了远方控制模式，则进行步骤(8-8)，若没有设定远方控制模式，则进行步骤(8-6)；(8-6)对动态无功补偿装置接入输电网处并网点电压U_pcc与动态无功补偿装置接入输电网处并网点的稳态调压模式的电压上限值和下限值进行比较，若0.95pu<U_pcc<1.05pu，则进行步骤(8-9)，若U_pcc≤0.95pu，或U_pcc≥1.05pu，则进行步骤(8-10)；(8-7))对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断，若设定为使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_TVR+Q_DR，进入步骤(8-11)，若设定为非使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_TVR，进入步骤(8-11)；(8-8)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断，若设定为使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_RCR+Q_DR，进行步骤(8-11)，若设定为非使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_RCR，进行步骤(8-11)；(8-9)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断，若设定为使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_CQR+Q_DR，进入步骤(8-11)，若设定为非使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_CQR，进入步骤(8-11)；(8-10)对输电网调度中心调度员设定的阻尼控制模式的使能状态进行判断，若设定为使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_CVR+Q_DR，进行步骤(8-11)，若设定为非使能状态，则使动态无功补偿装置的初始无功功率参考值为Q_ref1＝Q_CVR，进入步骤(8-11)；(8-11)设定动态无功补偿装置的无功功率参考值的上限值为1.0pu，下限值为-1.0pu，将Q_ref1与无功功率参考值的上限值和下限值进行比较，若Q_ref1≥1.0pu，则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_ref＝1.0pu，若Q_ref1≤-1.0pu，则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_ref＝-1.0pu，若-1.0pu<Q_ref1<1.0pu，则使动态无功补偿装置的无功功率参考值Q_ref＝Q_ref1，将Q_ref作为动态无功补偿装置的输出无功功率参考值，结束本控制周期。