专利名称：一种适用于交直流混联外送电网的动态无功补偿控制方法
技术领域：
本发明涉及电力系统动态无功补偿方法，特别是交直流混联外送电网的动态无功补偿方法。
背景技术：
本发明使用的技术术语动态无功补偿装置基于大功率电力电子元件技术，实现电力系统暂态过程中动态无功补偿的设置，例如静止无功补偿器SVC(Static Var Compensator)和静止同步补偿器 STATCOM(Static Synchronous Compensator)。交直流混联电网当交流电网含有直流工程的换流站时，能够实现交流电网与直流电网混合输电模式的电网。广域测量系统(WAMS):以同步相量测量技术为基础，以电力系统动态过程监测、分析和控制为目标的实时监控系统。目前电力系统无功补偿装置的传统控制策略是以安装点变电站高压侧母线电压作为输入控制信号，或者引入临近线路功率等附加控制信号，向系统及时提供无功补偿，提高系统稳定水平，但是不能同时满足交直流混联电网的交流故障和直流闭锁故障对系统的无功需求。以SVC为例，以安装点变电站高压侧母线电压作为控制输入信号，经过采样滤波(时间常数TJ环节(即单元或装置，下同)、超前滞后环节(时间常数^彳^丄及输出环节(晶闸管输出时间常数!；)后，输出动态无功功率至变电站低压母线。当SVC等动态无功补偿装置需要提供动态阻尼作用时，可考虑引入线路功率等附加控制信号，通过超前滞后环节，附加到Vref信号上(附加点I)或附加到最终控制器输出环节(附加点2)。为充分发挥SVC的快速补偿特性，控制器加入暂态强补功能，即当控制点电压跌落幅度超过A U，并且线路有功跌落幅度超过AP时，SVC输出最大容性无功，时间持续t秒。功能框图如图I所示。由于无功补偿装置传统的控制策略都是引用本地电压和线路功率作为输入信号，以维持本地站点高压母线电压恒定为控制目标。然而，交直流混联电网中交流故障和直流闭锁时对动态无功补偿的需求形式不同，使得无功补偿装置的传统策略不能同时适应交流故障和直流闭锁故障对无功补偿的需求。电网发生交流故障时，SVC等动态装置的传统控制策略可以提高系统稳定运行水平，无论无功输出是否有超前滞后环节。若无功输出没有超前滞后环节，则无功补偿装置在系统功角第一摆中即提供动态无功，提高系统暂稳能力。若无功输出含有超前滞后环节，则能在不影响系统第一摆功角大小情况下提高系统的动态稳定水平。然而电网发生直流闭锁时的情况与交流故障不同。当直流闭锁时，由于直流滤波电容的延时退出，以及潮流的重新分布，直流近区电网电压一般会普遍升高。因此，直流闭锁后，动态无功设备不仅不会有暂态强补投运，还会释放部分感性无功，即降低系统暂态稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能同时兼顾直流和交流故障后系统的暂态、动态稳定性的适用于交直流混联外送电网的动态无功补偿控制方法。本发明的目的是这样实现的一种适用于交直流混联外送电网的动态无功补偿控制方法，包括以下步骤I)以安装点变电站高压侧母线电压作为动态无功补偿装置的主控制器的输入控制信号，该输入控制信号依次经过主控制器的采样单元、隔直单元、超前滞后单元以及放大单元处理后输出信号；2)选取重要线路交流断面功率或发电机转速作为动态无功补偿装置的附加控制器的广域输入信号；3)设定上述附加控制器的参数
J- I_ sin(警)a =^l =-
7(5 I+ sin(备)^6=Tl= —y=；
(Dy/aT7 = T9 = ct T6 ；其中，4)为超前滞后补偿相角，a为零点与极点之间的比值，(0为主导频率T6、t7、t8、T9为超前滞后单元的时间常数；以及，根据直流送电功率大小选取放大倍数Kp = I 10 ;4)将步骤2)选取的广域输入信号以及步骤3)设定的对应参数输入至动态无功补偿装置的附加控制器中，广域输入信号依次经过附加控制器的采样单元、隔直单元、超前滞后单元以及放大单元，从而得到附加电压控制信号，该附加电压控制信号与步骤I)主控制器的输出信号叠加后作为动态无功功率信号输出至变电站低压母线；上述动态无功补偿装置为静止无功补偿器或静止同步补偿器。上述重要线路交流断面功率为区域间联络线功率。本发明的有益效果是本发明提出的动态无功补偿装置(由主控制器和附加控制器组成)的控制策略中引入重要交流断面功率，以真实地反映系统发生交流故障和直流故障时，对无功功率的实际需求，提高交直流混联电网的交流故障和直流闭锁故障后系统的暂态、动态稳定水平。为满足混联外送电网中交、直流故障后系统稳定需求，将广域测量信号，如发电机转速或重要线路交流断面功率等引入SVC/STATC0M等动态无功装置的控制中，则可同时兼顾直流和交流故障后系统的暂态、动态稳定性。需要说明的是，引入交流断面功率作为SVC等附加控制信号已在很多文献提出，其附加控制器输出幅值相对较小，其根本目的是提高系统阻尼。本发明在交直流混联系统中引入重要交流断面功率等信号的首要目的是增强系统第一摆的稳定性，其次才是增强系统阻尼，两者控制策略和控制器参数并不一致。以四川现有的890Mvar SVC容量为例，采用本发明无功控制策略，对提高交流系统故障后的暂态稳定性作用有限，但能进一步提高系统阻尼4%以上；能减小直流闭锁后第一摆功角5度以上，并且能提高系统阻尼8%，而引起的被控母线电压最大电压升幅小于5kV。
图I是现有典型SVC控制框图。图2是本发明采用广域信号的SVC控制框图。
图3、图4分别是系统的开环传递函数框图和闭环传递函数框图。图5是交流故障时有无STATCOM广域控制下四川对华中的功角差曲线图。图6是直流故障时有无STATCOM广域控制下四川对华中的功角差曲线图。
具体实施例方式图I中，VC为控制点电压，P1为本地线路有功功率。图2中，VC为控制点电压，P1为重要线路交流断面功率。本发明的工作原理本发明的核心思想是在动态无功补偿装置的控制方法中引入发电机转速或重要线路交流断面功率，以真实地反映系统对无功功率的实际需求，适应交直流混联电网的交流故障和直流闭锁故障。交流严重故障后，因机组加速导致交流重要送出断面有功功率快速增长；直流闭锁故障后，因直流功率转移至交流通道，交流重要送出断面有功功率也会出现快速增长。取Qs = Kh(S)P1(S) (K为放大倍数，P1 (S)为交流断面功率，h (S)为超前滞后校正，s为复频率)作为SVC/STATC0M无功附加控制量，则无论交流故障还是直流故障，SVC/STATC0M都能在故障后输出容性无功，系统暂态稳定能力得到提高。采用广域信号的SVC无功补偿控制框图如图2所示。本发明的实施方案(I)引入重要交流断面线路功率采用小信号分析方法，在SVC或STATCOM的安装点注入无功阶跃扰动A Q (t)，利用暂态仿真分析手段得出各重要交流线路的有功功率响应APiUhi = 1，...，N。根据大区间存在的主导频率《，选择主导频率为《(即低频振荡频率)并且具有最大可观性的线路I的功率AP1U), (I e 1，...，N)作为无功补偿装置广域输入信号。一般可直接选择区域间联络线功率作为广域输入信号。(2)附加(广域)控制器参数设定根据小信号分析法得出的输入输出响应AQ(t)和APjt)，求取开环传递函数G0(S) = AP1(S)MQ(S),如图 3。引入AP1(S)作为反馈变量，系统的闭环传递函数框图如图4所示，系统闭环传递函数为= ~^~( I)其中G(s) = Gtl(S)G1(S)=1；2为广域信号采样延时时间常数
由式⑴可得，闭环系统的特征方程为I-G(S)H(S)=O(2)假设加入反馈补偿环节后闭环系统新的主导极点为Sd，满足系统特征方程
权利要求
1.一种适用于交直流混联外送电网的动态无功补偿控制方法，其特征是，包括以下步骤 1)以安装点变电站高压侧母线电压作为动态无功补偿装置的主控制器的输入控制信号，该输入控制信号依次经过主控制器的采样单元、隔直单元、超前滞后单元以及放大单元处理后输出信号； 2)为增强系统第一摆的稳定性，同时兼顾增强系统阻尼，选取重要线路交流断面功率或发电机转速作为动态无功补偿装置的附加控制器的广域输入信号； 3)设定上述附加控制器的参数
2.根据权利要求I所述的一种适用于交直流混联外送电网的动态无功补偿控制方法，其特征是，所述重要线路交流断面功率为区域间联络线功率。
全文摘要
一种适用于交直流混联外送电网的动态无功补偿控制方法，针对交直流混联电网下的动态无功补偿装置，选取重要交流断面线路功率作为其附加控制器的广域输入信号，同时根据控制目的设置附加控制器参数，最后将附加控制器的输出信号与主控制器的输出信号叠加后作为动态无功功率信号输出至变电站低压母线，以增强系统第一摆暂态稳定性和动态阻尼水平。本发明能真实地反映系统发生交流故障和直流故障时，对无功功率的实际要求，提高交直流混联电网的交流故障和直流闭锁故障后系统的暂态、动态稳定水平。
文档编号H02J3/18GK102624010SQ20121011600
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者丁理杰, 张华 , 汤凡, 王彪 申请人:四川电力科学研究院