用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和svc的经协调的控制方法及其控制器的制造方法
用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和svc的经协调的控制方法及其控制器的制造方法
【专利摘要】本发明提供用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器。该方法包括：测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及，计算基于所述工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。所提出的方法和经协调的控制器能够使SVC分担发电厂所需要的无功功率输出，将发电机转换为“单位功率因数发电机”，因而扩展发电厂的有功功率输出容量。
【专利说明】用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统【技术领域】，更具体地，涉及用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC(静态无功补偿器)的协调控制方法及其控制器。
【背景技术】
[0002]随着电力负荷的持续增长，需要相应地扩大发电容量，以总能达到发电和用电之间的平衡。对于现有的发电厂以及新的发电厂来说，总是期望能够充分地利用发电设施。
[0003]为了实现该目标，行业内最常采用的方式是为发电厂的大规模辅助电机安装变频驱动，这有助于大幅降低厂用电(in-house)负载。另一种解决方案是降低厂用电系统的无功功率消耗，这也使发电机在产生更多有功功率的同时仍然向电网保持相同水平的无功功率支持。然而，厂用电系统仅占发电容量的一小部分，例如对于火力发电厂大约占10%，这在提高发电厂有功功率输出容量方面限制了上述方案的潜在贡献。
[0004]本发明从发电机的视角提出实现这一目标的新的技术方案，S卩，在发电侧安装SVC，以分担发电厂所要求的无功功率输出。现有技术中已经公开了主要的电路拓扑，例如2011年1月21日提交的标题为“用于提高热力发电厂中发电的方法和装置(Method andApparatus for Improving Power Generation in a Thermal Power Plant)，，的 PCT 申请:PCT/US2011/181044。以下，通过引用将前述专利申请合并于此。
[0005]通过对发电机和SVC进行操作，控制发电机的功率因数来提高发电厂的有功功率容量，这至少需要解决三个问题:
[0006]利用协调控制器获得的控制基准取决于多个因素，例如，主电路拓扑、发电机和SVC所采用的本地控制等等。然而，当前尚无现有技术提及如何通过考虑不同的可能的因素来确保所设计的协调控制器能够通用化。
[0007]SVC所要求的无功功率输出随着连接到该SVC的发电机和电力系统的工作状况而改变。尚无现有技术提及如何确定SVC的工作点以使发电机在整个工作范围内以单位功率因数进行运行。
[0008]要解决的第三个问题是如何确保协调控制器的性能，主要指以下两方面:基于可获得的信息保证控制的精确度，以及实现快速响应速度而不影响发电机的稳定工作。
[0009]由于上述问题，本发明中提出用于协调发电机和SVC的控制方法及控制器，以提高发电厂的有功功率生产量。
【发明内容】
[0010]为了克服上述问题，本发明提出一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器；该控制方法和控制器使得SVC能够分担发电厂所需要的无功功率输出，将发电机转换为“单位功率因数发电机”，因此扩展发电厂的有功功率
输出容量。[0011]根据本发明的一个方面，本发明提出用于提升发电厂的有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。该经协调的控制方法包括:测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断系统拓扑和SVC控制模式，以确定工作模式；以及计算基于所述工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。
[0012]根据本发明优选的实施例，工作模式可以分成四种类型；其中第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行电压控制；以及第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。
[0013]根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准9^；以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算SVC无功功率基准Qsv。* ;根据发电机有功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准V^；，以及将Qsv;发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0014]根据本发明优选的实施例，其中在第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准9^；以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准;根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准发电机变压器高压侧电压基准V/，以及发电机端电压基准计算SVC无功功率输出基准Qsvc%以及将Qs J发送到SVC的本地控制器，并且将Ve J发送到发电机的励磁电压控制器。
[0015]根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法 还可以包括:根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准V:;根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准和发电机端电压基准VGen*计算SVC无功功率基准Qstc%以及将Qstc*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0016]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机变压器高压侧电压基准V/设定SVC电压基准Vsv;;根据发电机有功功率基准pfcn'发电机无功功率基准Qe J和SVC电压基准计算发电机端电压基准\以及将VSTC*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0017]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括:根据发电机变压器低压侧电压基准V广设定发电机端电压基准;根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准和发电机端电压基准计算SVC电压基准以及将Vsv;发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0018]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机有功功率基准pfcn*、以及发电机变压器高压侧电压基准VH*计算SVC电压基准vSTC* ;根据发电机有功功率基准匕?*、发电机变压器高压侧电压基准vH*计算发电机端电压基准；以及将VSTC*发送到SVC本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。[0019]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括:根据发电机变压器低压侧电压基准Vj设定SVC电压基准VSTC* ;根据发电机变压器低压侧电压基准V j设定发电机端电压基准；以及将Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将\6n*发送到发电机的励磁电压控制器。
[0020]根据本发明优选的实施例，其中发电机端电压基准还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的发电机侧反馈分量。
[0021]根据本发明优选的实施例，其中SVC无功功率基准Qsv。*和/或SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的SVC侧反馈分量。
[0022]根据本发明优选的实施例，其中用于第四种类型的工作模式的发电机端电压基准ve6n*还可以包括通过发电机无功功率下垂控制器计算的发电机侧下垂分量。
[0023]根据本发明优选的实施例，其中用于第四种类型的工作模式的SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器计算的SVC侧下垂分量。
[0024]根据本发明的其它方面，本发明还提供一种用于控制发电机和SVC的经协调的控制器。经协调的控制器包括:测量模块，其被配置为测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断模块，其被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及计算模块，其被配置为计算基于所述选择的工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。
[0025]根据本发明优选的实施例，其中，工作模式可以被划分为四种类型；其中第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧， 并且SVC执行电压控制；以及第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。
[0026]根据本发明优选的实施例，其中，在第一种类型的工作模式中，计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准pfcn*、发电机无功功率基准Qfcn*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC无功功率基准Qsv。* ;根据发电机有功功率基准Pem*、发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准以及发送模块被配置为将Qsvc*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0027]根据本发明优选的实施例，其中在第二种类型的工作模式中，计算模块还被配置为:根据发电机有功功率根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准0^；以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准根据发电机有功功率基准
发电机无功功率基准Qk:、发电机变压器高压侧电压基准V/，以及发电机端电压基准VGen*,计算SVC无功功率输出基准Qsve%以及发送模块被配置为将Qstc*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0028]根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准;计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pem*、发电机无功功率基准Qem*、以及发电机端电压基准计算SVC无功功率基准Qsv。* ；以及发送模块被配置为将Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0029]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器高压侧电压基准VH*设定SVC电压基准Vsv。* ;计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pem*、发电机无功功率基准Qem*以及SVC电压基准Vsv。*，计算发电机端电压基准；以及发送模块被配置为将VSTC*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0030]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准V^* ;计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准pem*、发电机无功功率基准Qem*、以及发电机端电压基准vfcn*，计算SVC电压基准Vsv。* ；以及发送模块被配置为将Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将vGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
[0031]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准和发电机变压器高压侧电压基准VH*计算SVC电压基准Vsvc* ;根据发电机有功功率基准Pfcn*和发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准\6n* ；以及发送模块被配置为将Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0032]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，设定模块还被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准设定SVC电压基准Vsv。* ;根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准；以及发送模块被配置为将VSTO*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0033]根据本发明优选的实施例，发电机端电压基准还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的发电机侧反馈分量。 [0034]根据本发明优选的实施例，SVC无功功率基准Qsv。*和/或SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的SVC侧反馈分量。
[0035]根据本发明优选的实施例，用于第四种类型的工作模式的发电机端电压基准Vfcn*还可以包括通过发电机无功功率下垂控制器计算的发电机侧下垂分量。
[0036]根据本发明优选的实施例，用于第四种类型的工作模式的SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器计算的SVC侧下垂分量。
[0037]根据本发明的另一方面，本发明提出具有静态无功补偿器(SVC)的发电厂。该发电厂包括:至少一个发电机单元和对应的发电机变压器，该至少一个发电机单元和对应的发电机变压器在发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；其中发电机被连接到发电机变压器的低压侧；至少一个SVC，该至少一个SVC能够被连接到发电机变压器的高压侧或低压侧；以及协调的控制器，该协调的控制器根据上述实施例中的任一个控制SVC的电压和/或无功功率以及发电机单元的电压和/或无功功率。
[0038]根据本发明优选的实施例，SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。
[0039]根据本发明优选的实施例，发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；以及SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
[0040]根据本发明优选的实施例，协调的控制器与发电机单元和SVC的本地控制器相接□。
[0041]本发明的实施例提供用于协调发电机和SVC以提高发电厂有功功率生产量的方法及其控制器，该方法和控制器将SVC安装在发电机侧以充分利用发电设施，因而提高发电厂的有功功率生产量容量。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]以下描述将参考优选的示例实施例更详细地说明本发明的主题，在附图中图示出所述示例实施例，其中:
[0043]图1A图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC和SVC变压器一起安装在发电机变压器的低压(LV)侧；
[0044]图1B图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC安装在发电机变压器的LV侧，而不含SVC变压器；
[0045]图1C图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC和SVC变压器一起安装在发电机变压器的高压(HV)侧；
[0046]图1D图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC安装在发电机变压器的HV侧，而不含SVC变压器；
[0047]图2图示在SVC被安装在发电机变压器的LV侧情况下的等效电路；
[0048]图3图示SVC被连接到发电机变压器的HV侧情况下的等效电路；
[0049]图4图示根据本发明优选实施例的经协调的发电机和SVC控制系统图；
[0050]图5图示根据本发明另一优选实施例的经协调的发电机和SVC控制系统图；
[0051]图6图示根据本发明的实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
[0052]图7图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
[0053]图8图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
[0054]图9图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；以及
[0055]图10图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
【具体实施方式】
[0056]以下结合【专利附图】
【附图说明】本发明的示例实施例。为清楚和简要起见，说明书中未描述实际实现的全部特征。
[0057]在对本发明所提出的方法进行说明之前，为了更好地理解创新性，简要地说明用于操作两个设备的现有方法。
[0058]图1图示出在发电厂的发电机侧安装SVC的四种类型的主电路拓扑，其中，在图1A中SVC与SVC变压器一起在发电机变压器的LV侧；在图1B中SVC在发电机变压器的LV侦牝而不含SVC变压器；在图1C中SVC与SVC变压器一起在发电机变压器的HV侧；在图1D中SVC在发电机变压器的HV侧，而不含SVC变压器。
[0059]如图1所示，SVC可以连接到发电机变压器的低压侧(即图1A和图1B)或发电机变压器的高压侧(即图1C和图1D)。
[0060]对于SVC在发电机变压器的LV侧的拓扑来说，可以省略SVC变压器，因为发电机的端电压通常在10~20kV的范围内。但为了抑制来自SVC的谐波，发电机变压器可能要求专门的设计。对于SVC在发电机变压器的HV侧的拓扑来说，为了匹配发电机变压器高压侧电压(对于大规模的火电发电厂，通常为220~500kV)，通常需要SVC变压器。但是随着SVC的发展，图1D所示的拓扑方式也是实际可行的方式。
[0061]如图1所图示，通过安装SVC，发电机能够以单位功率因数工作，从而增大发电厂的有功功率容量。然而，应该注意，在这四种拓扑情况下，实现相同目标所要求的来自SVC的无功功率输出是不同的。以下将介绍确定SVC的工作点以实现发电机以单位功率因数(或任何所需的功率因数)进行工作的详细内容:
[0062]图2图示SVC安装在发电机变压器的LV侧的情况下的等效电路。
[0063]在SVC连接到发电机变压器的LV侧的情况下，图2示出系统的等效电路，其中Pfcn和是来自发电机的有功功率输出和无功功率输出；QSV。是来自SVC的无功功率输出处是流经发电机变压器的总无功功率，Qg = QGen+QSVc ；XT和Xs分别表示发电机变压器的电抗和输电系统的等效电抗；\?和\分别表示发电机端电压和发电机变压器低压侧电压，VGen =VL ；VS表示大容量电力系统的戴维南等效电压。
[0064]考虑该等效电路，发电机变压器的低压侧的有功功率和无功功率可以表达为(1)，其中S表不发电机变压器LV总线电压相对于大容量电力系统电压的相位角。
【权利要求】
1.一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和静态无功补偿器(SVC)的经协调的控制方法，该经协调的控制方法包括: 测量用于所述发电机和SVC控制所需要的输入参数； 判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及 计算基于所述工作模式的控制基准，以控制所述发电机和/或SVC。
2.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中所述工作模式能够分成四种类型，其中: 第一种类型是所述SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第二种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第三种类型是 所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行电压控制；以及 第四种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行电压控制。
3.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第一种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算SVC无功功率基准QSVJ ； 根据发电机有功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准以及 将所述QSVJ发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
4.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第二种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准V。J ； 根据发电机有功功率基准Pe J、发电机无功功率基准发电机变压器高压侧电压基准V/以及发电机端电压基准V^；，计算SVC无功功率输出基准Qstc%以及 将所述QSVJ发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
5.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器低压侧电压基准V二设定发电机端电压基准； 根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准Qe J和发电机端电压基准V。计算SVC无功功率基准Qstc%以及 将所述QSVJ发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
6.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第三种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器高压侧电压基准V/，设定SVC电压基准Vsv:； 根据发电机有功功率基准pfcn'发电机无功功率基准Qe J和SVC电压基准Vsve%计算发电机端电压基准以及 将所述发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
7.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第三种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器低压侧电压基准V 二设定发电机端电压基准； 根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准Qe J和发电机端电压基准V。计算SVC电压基准Vsvc%以及 将所述发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
8.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机有功功率基准Pfcn*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC电压基准Vsvc* ； 根据发电机有功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准ve6n* ;以及 将VSTO*发送到SVC本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
9.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器低压侧电压基准'*，设定SVC电压基准Vsv。* ； 根据发电机变压器低压侧电压基准'*，设定发电机端电压基准;以及 将所述VSTO*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量。
11.根据权利要求3-9中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述SVC无功功率基准Qsvc*和/或SVC电压基准VSTO*还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
12.根据权利要求8或9所述的经协调的控制方法，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率下垂控制器所计算的发电机侧下垂分量。
13.根据权利要求8或9所述的经协调的控制方法，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述SVC电压基准Vsv。*还包括:通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
14.一种用于控制发电机和静态无功补偿器(SVC)的经协调的控制器，其中所述经协调的控制器包括: 测量模块，其被配置为测量用于所述发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断模块，其被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及计算模块，其被配置为计算基于所选的工作模式的控制基准，以控制所述发电机和/或 SVC。
15.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中，所述工作模式被划分为四种类型，其中: 第一种类型是所述SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第二种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第三种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行电压控制；以及 第四种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行电压控制。
16.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中，在所述第一种类型的工作模式中， 所述计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准Pfcn*、发电机无功功率基准Qfcn*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC无功功率基准Qsv。* ;根据发电机有功功率基准匕?*、发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准；以及 发送模块被配置为将所述Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
17.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第二种类型的工作模式中， 所述计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准匕:、发电机无功功率基准Qk:以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准;根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准发电机变压器高压侧电压基准V/以及发电机端电压基准计算SVC无功功率输出基准Qsve%以及 发送模块被配置为将所述Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
18.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第一种类型和/或第二种类型的工作模式中， 设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准来设定发电机端电压基准VGen* ; 所述计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pfcn*、发电机无功功率基准以及发电机端电压基准计算SVC无功功率基准Qstc* ；以及 发送模块被配置为将所述Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
19.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第三种类型的工作模式中， 设定模块被配置为根据发电机变压器高压侧电压基准VH*来设定SVC电压基准Vsv。* ； 所述计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准pfcn*、发电机无功功率基准以及SVC电压基准VSTC*，计算发电机端电压基准Vfcn* ；以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
20.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准来设定发电机端电压基准VGen* ; 计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pem*、发电机无功功率基准以及发电机端电压基准计算SVC电压基准Vsvc* ；以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
21.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准和发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC电压基准Vsv。* ;根据发电机有功功率基准和发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准Vfcn* ；以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器 。
22.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述设定模块还被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准'*，设定SVC电压基准Vsvc* ;根据发电机变压器低压侧电压基准V，设定发电机端电压基准vfcn* ;以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
23.根据权利要求16-22中任一项所述的经协调的控制器，其中所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量。
24.根据权利要求16-22中任一项所述的经协调的控制器，其中所述SVC无功功率基准Qsvc*和/或SVC电压基准VSTO*还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
25.根据权利要求21或22所述的经协调的控制器，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率下垂控制器所计算的发电机侧下垂分量。
26.根据权利要求21或22所述的经协调的控制器，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述SVC电压基准Vsv。*还包括:通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
27.具有静态无功补偿器(SVC)的发电厂，其中所述发电厂包括: 至少一个发电机单元和对应的发电机变压器，所述至少一个发电机单元和对应的发电机变压器在所述发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；其中所述发电机被连接到所述发电机变压器的低压侧； 至少一个SVC，所述至少一个SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧或低压侧；以及经协调的控制器，所述经协调的控制器根据权利要求14-26中的任一项，控制所述SVC的电压和/或无功功率以及所述发电机单元的电压和/或无功功率。
28.根据权利要求27所述的发电厂，其中，所述SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。
29.根据权利要求27所述的发电厂，其中， 所述发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；以及 所述SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
30.根据权利要求29所述的发电厂，其中，所述经协调的控制器与所述发电机单元和所述SVC的本地控制器相接口。
【文档编号】H02J3/18GK103999315SQ201280058797
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】陈瑶, 张国驹, 查尔斯·圣 申请人:Abb技术有限公司
【专利摘要】本发明提供用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器。该方法包括：测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及，计算基于所述工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。所提出的方法和经协调的控制器能够使SVC分担发电厂所需要的无功功率输出，将发电机转换为“单位功率因数发电机”，因而扩展发电厂的有功功率输出容量。
【专利说明】用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统【技术领域】，更具体地，涉及用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC(静态无功补偿器)的协调控制方法及其控制器。
【背景技术】
[0002]随着电力负荷的持续增长，需要相应地扩大发电容量，以总能达到发电和用电之间的平衡。对于现有的发电厂以及新的发电厂来说，总是期望能够充分地利用发电设施。
[0003]为了实现该目标，行业内最常采用的方式是为发电厂的大规模辅助电机安装变频驱动，这有助于大幅降低厂用电(in-house)负载。另一种解决方案是降低厂用电系统的无功功率消耗，这也使发电机在产生更多有功功率的同时仍然向电网保持相同水平的无功功率支持。然而，厂用电系统仅占发电容量的一小部分，例如对于火力发电厂大约占10%，这在提高发电厂有功功率输出容量方面限制了上述方案的潜在贡献。
[0004]本发明从发电机的视角提出实现这一目标的新的技术方案，S卩，在发电侧安装SVC，以分担发电厂所要求的无功功率输出。现有技术中已经公开了主要的电路拓扑，例如2011年1月21日提交的标题为“用于提高热力发电厂中发电的方法和装置(Method andApparatus for Improving Power Generation in a Thermal Power Plant)，，的 PCT 申请:PCT/US2011/181044。以下，通过引用将前述专利申请合并于此。
[0005]通过对发电机和SVC进行操作，控制发电机的功率因数来提高发电厂的有功功率容量，这至少需要解决三个问题:
[0006]利用协调控制器获得的控制基准取决于多个因素，例如，主电路拓扑、发电机和SVC所采用的本地控制等等。然而，当前尚无现有技术提及如何通过考虑不同的可能的因素来确保所设计的协调控制器能够通用化。
[0007]SVC所要求的无功功率输出随着连接到该SVC的发电机和电力系统的工作状况而改变。尚无现有技术提及如何确定SVC的工作点以使发电机在整个工作范围内以单位功率因数进行运行。
[0008]要解决的第三个问题是如何确保协调控制器的性能，主要指以下两方面:基于可获得的信息保证控制的精确度，以及实现快速响应速度而不影响发电机的稳定工作。
[0009]由于上述问题，本发明中提出用于协调发电机和SVC的控制方法及控制器，以提高发电厂的有功功率生产量。
【发明内容】
[0010]为了克服上述问题，本发明提出一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法及其控制器；该控制方法和控制器使得SVC能够分担发电厂所需要的无功功率输出，将发电机转换为“单位功率因数发电机”，因此扩展发电厂的有功功率
输出容量。[0011]根据本发明的一个方面，本发明提出用于提升发电厂的有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。该经协调的控制方法包括:测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断系统拓扑和SVC控制模式，以确定工作模式；以及计算基于所述工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。
[0012]根据本发明优选的实施例，工作模式可以分成四种类型；其中第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行电压控制；以及第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。
[0013]根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准9^；以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算SVC无功功率基准Qsv。* ;根据发电机有功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准V^；，以及将Qsv;发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0014]根据本发明优选的实施例，其中在第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准9^；以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准;根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准发电机变压器高压侧电压基准V/，以及发电机端电压基准计算SVC无功功率输出基准Qsvc%以及将Qs J发送到SVC的本地控制器，并且将Ve J发送到发电机的励磁电压控制器。
[0015]根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，经协调的控制方法 还可以包括:根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准V:;根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准和发电机端电压基准VGen*计算SVC无功功率基准Qstc%以及将Qstc*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0016]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机变压器高压侧电压基准V/设定SVC电压基准Vsv;;根据发电机有功功率基准pfcn'发电机无功功率基准Qe J和SVC电压基准计算发电机端电压基准\以及将VSTC*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0017]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括:根据发电机变压器低压侧电压基准V广设定发电机端电压基准;根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准和发电机端电压基准计算SVC电压基准以及将Vsv;发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0018]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，经协调的控制方法还包括:根据发电机有功功率基准pfcn*、以及发电机变压器高压侧电压基准VH*计算SVC电压基准vSTC* ;根据发电机有功功率基准匕?*、发电机变压器高压侧电压基准vH*计算发电机端电压基准；以及将VSTC*发送到SVC本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。[0019]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，经协调的控制方法还可以包括:根据发电机变压器低压侧电压基准Vj设定SVC电压基准VSTC* ;根据发电机变压器低压侧电压基准V j设定发电机端电压基准；以及将Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将\6n*发送到发电机的励磁电压控制器。
[0020]根据本发明优选的实施例，其中发电机端电压基准还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的发电机侧反馈分量。
[0021]根据本发明优选的实施例，其中SVC无功功率基准Qsv。*和/或SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的SVC侧反馈分量。
[0022]根据本发明优选的实施例，其中用于第四种类型的工作模式的发电机端电压基准ve6n*还可以包括通过发电机无功功率下垂控制器计算的发电机侧下垂分量。
[0023]根据本发明优选的实施例，其中用于第四种类型的工作模式的SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器计算的SVC侧下垂分量。
[0024]根据本发明的其它方面，本发明还提供一种用于控制发电机和SVC的经协调的控制器。经协调的控制器包括:测量模块，其被配置为测量用于发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断模块，其被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及计算模块，其被配置为计算基于所述选择的工作模式的控制基准，以控制发电机和/或SVC。
[0025]根据本发明优选的实施例，其中，工作模式可以被划分为四种类型；其中第一种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行无功功率控制；第二种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧，并且SVC执行无功功率控制；第三种类型是SVC被连接到发电机变压器的高压侧， 并且SVC执行电压控制；以及第四种类型是SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且SVC执行电压控制。
[0026]根据本发明优选的实施例，其中，在第一种类型的工作模式中，计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准pfcn*、发电机无功功率基准Qfcn*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC无功功率基准Qsv。* ;根据发电机有功功率基准Pem*、发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准以及发送模块被配置为将Qsvc*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0027]根据本发明优选的实施例，其中在第二种类型的工作模式中，计算模块还被配置为:根据发电机有功功率根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准0^；以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准根据发电机有功功率基准
发电机无功功率基准Qk:、发电机变压器高压侧电压基准V/，以及发电机端电压基准VGen*,计算SVC无功功率输出基准Qsve%以及发送模块被配置为将Qstc*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0028]根据本发明优选的实施例，其中在第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准;计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pem*、发电机无功功率基准Qem*、以及发电机端电压基准计算SVC无功功率基准Qsv。* ；以及发送模块被配置为将Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0029]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器高压侧电压基准VH*设定SVC电压基准Vsv。* ;计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pem*、发电机无功功率基准Qem*以及SVC电压基准Vsv。*，计算发电机端电压基准；以及发送模块被配置为将VSTC*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0030]根据本发明优选的实施例，其中在第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准V^* ;计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准pem*、发电机无功功率基准Qem*、以及发电机端电压基准vfcn*，计算SVC电压基准Vsv。* ；以及发送模块被配置为将Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将vGen*发送到发电机的励磁电压控制器。
[0031]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准和发电机变压器高压侧电压基准VH*计算SVC电压基准Vsvc* ;根据发电机有功功率基准Pfcn*和发电机变压器高压侧电压基准VH*计算发电机端电压基准\6n* ；以及发送模块被配置为将Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0032]根据本发明优选的实施例，其中在第四种类型的工作模式中，设定模块还被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准设定SVC电压基准Vsv。* ;根据发电机变压器低压侧电压基准设定发电机端电压基准；以及发送模块被配置为将VSTO*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
[0033]根据本发明优选的实施例，发电机端电压基准还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的发电机侧反馈分量。 [0034]根据本发明优选的实施例，SVC无功功率基准Qsv。*和/或SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过发电机无功功率闭环控制器计算的SVC侧反馈分量。
[0035]根据本发明优选的实施例，用于第四种类型的工作模式的发电机端电压基准Vfcn*还可以包括通过发电机无功功率下垂控制器计算的发电机侧下垂分量。
[0036]根据本发明优选的实施例，用于第四种类型的工作模式的SVC电压基准Vsv。*还可以包括通过SVC无功功率下垂控制器计算的SVC侧下垂分量。
[0037]根据本发明的另一方面，本发明提出具有静态无功补偿器(SVC)的发电厂。该发电厂包括:至少一个发电机单元和对应的发电机变压器，该至少一个发电机单元和对应的发电机变压器在发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；其中发电机被连接到发电机变压器的低压侧；至少一个SVC，该至少一个SVC能够被连接到发电机变压器的高压侧或低压侧；以及协调的控制器，该协调的控制器根据上述实施例中的任一个控制SVC的电压和/或无功功率以及发电机单元的电压和/或无功功率。
[0038]根据本发明优选的实施例，SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。
[0039]根据本发明优选的实施例，发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；以及SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
[0040]根据本发明优选的实施例，协调的控制器与发电机单元和SVC的本地控制器相接□。
[0041]本发明的实施例提供用于协调发电机和SVC以提高发电厂有功功率生产量的方法及其控制器，该方法和控制器将SVC安装在发电机侧以充分利用发电设施，因而提高发电厂的有功功率生产量容量。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]以下描述将参考优选的示例实施例更详细地说明本发明的主题，在附图中图示出所述示例实施例，其中:
[0043]图1A图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC和SVC变压器一起安装在发电机变压器的低压(LV)侧；
[0044]图1B图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC安装在发电机变压器的LV侧，而不含SVC变压器；
[0045]图1C图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC和SVC变压器一起安装在发电机变压器的高压(HV)侧；
[0046]图1D图示一种类型的主电路拓扑，其中将SVC安装在发电机变压器的HV侧，而不含SVC变压器；
[0047]图2图示在SVC被安装在发电机变压器的LV侧情况下的等效电路；
[0048]图3图示SVC被连接到发电机变压器的HV侧情况下的等效电路；
[0049]图4图示根据本发明优选实施例的经协调的发电机和SVC控制系统图；
[0050]图5图示根据本发明另一优选实施例的经协调的发电机和SVC控制系统图；
[0051]图6图示根据本发明的实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
[0052]图7图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
[0053]图8图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；
[0054]图9图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法；以及
[0055]图10图示根据本发明的另一优选实施例的一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和SVC的经协调的控制方法。
【具体实施方式】
[0056]以下结合【专利附图】
【附图说明】本发明的示例实施例。为清楚和简要起见，说明书中未描述实际实现的全部特征。
[0057]在对本发明所提出的方法进行说明之前，为了更好地理解创新性，简要地说明用于操作两个设备的现有方法。
[0058]图1图示出在发电厂的发电机侧安装SVC的四种类型的主电路拓扑，其中，在图1A中SVC与SVC变压器一起在发电机变压器的LV侧；在图1B中SVC在发电机变压器的LV侦牝而不含SVC变压器；在图1C中SVC与SVC变压器一起在发电机变压器的HV侧；在图1D中SVC在发电机变压器的HV侧，而不含SVC变压器。
[0059]如图1所示，SVC可以连接到发电机变压器的低压侧(即图1A和图1B)或发电机变压器的高压侧(即图1C和图1D)。
[0060]对于SVC在发电机变压器的LV侧的拓扑来说，可以省略SVC变压器，因为发电机的端电压通常在10~20kV的范围内。但为了抑制来自SVC的谐波，发电机变压器可能要求专门的设计。对于SVC在发电机变压器的HV侧的拓扑来说，为了匹配发电机变压器高压侧电压(对于大规模的火电发电厂，通常为220~500kV)，通常需要SVC变压器。但是随着SVC的发展，图1D所示的拓扑方式也是实际可行的方式。
[0061]如图1所图示，通过安装SVC，发电机能够以单位功率因数工作，从而增大发电厂的有功功率容量。然而，应该注意，在这四种拓扑情况下，实现相同目标所要求的来自SVC的无功功率输出是不同的。以下将介绍确定SVC的工作点以实现发电机以单位功率因数(或任何所需的功率因数)进行工作的详细内容:
[0062]图2图示SVC安装在发电机变压器的LV侧的情况下的等效电路。
[0063]在SVC连接到发电机变压器的LV侧的情况下，图2示出系统的等效电路，其中Pfcn和是来自发电机的有功功率输出和无功功率输出；QSV。是来自SVC的无功功率输出处是流经发电机变压器的总无功功率，Qg = QGen+QSVc ；XT和Xs分别表示发电机变压器的电抗和输电系统的等效电抗；\?和\分别表示发电机端电压和发电机变压器低压侧电压，VGen =VL ；VS表示大容量电力系统的戴维南等效电压。
[0064]考虑该等效电路，发电机变压器的低压侧的有功功率和无功功率可以表达为(1)，其中S表不发电机变压器LV总线电压相对于大容量电力系统电压的相位角。
【权利要求】
1.一种用于提高发电厂有功功率生产量的发电机和静态无功补偿器(SVC)的经协调的控制方法，该经协调的控制方法包括: 测量用于所述发电机和SVC控制所需要的输入参数； 判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及 计算基于所述工作模式的控制基准，以控制所述发电机和/或SVC。
2.根据权利要求1所述的经协调的控制方法，其中所述工作模式能够分成四种类型，其中: 第一种类型是所述SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第二种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第三种类型是 所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行电压控制；以及 第四种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行电压控制。
3.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第一种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算SVC无功功率基准QSVJ ； 根据发电机有功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准以及 将所述QSVJ发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
4.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第二种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准V。J ； 根据发电机有功功率基准Pe J、发电机无功功率基准发电机变压器高压侧电压基准V/以及发电机端电压基准V^；，计算SVC无功功率输出基准Qstc%以及 将所述QSVJ发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
5.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第一种类型和/或第二种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器低压侧电压基准V二设定发电机端电压基准； 根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准Qe J和发电机端电压基准V。计算SVC无功功率基准Qstc%以及 将所述QSVJ发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
6.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第三种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器高压侧电压基准V/，设定SVC电压基准Vsv:； 根据发电机有功功率基准pfcn'发电机无功功率基准Qe J和SVC电压基准Vsve%计算发电机端电压基准以及 将所述发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
7.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第三种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器低压侧电压基准V 二设定发电机端电压基准； 根据发电机有功功率基准发电机无功功率基准Qe J和发电机端电压基准V。计算SVC电压基准Vsvc%以及 将所述发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
8.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机有功功率基准Pfcn*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC电压基准Vsvc* ； 根据发电机有功功率基准以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准ve6n* ;以及 将VSTO*发送到SVC本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
9.根据权利要求2所述的经协调的控制方法，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述经协调的控制方法还包括: 根据发电机变压器低压侧电压基准'*，设定SVC电压基准Vsv。* ； 根据发电机变压器低压侧电压基准'*，设定发电机端电压基准;以及 将所述VSTO*发送到SVC的本地控制器，并且将发送到发电机的励磁电压控制器。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量。
11.根据权利要求3-9中任一项所述的经协调的控制方法，其中所述SVC无功功率基准Qsvc*和/或SVC电压基准VSTO*还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
12.根据权利要求8或9所述的经协调的控制方法，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率下垂控制器所计算的发电机侧下垂分量。
13.根据权利要求8或9所述的经协调的控制方法，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述SVC电压基准Vsv。*还包括:通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
14.一种用于控制发电机和静态无功补偿器(SVC)的经协调的控制器，其中所述经协调的控制器包括: 测量模块，其被配置为测量用于所述发电机和SVC控制所需要的输入参数；判断模块，其被配置为判断系统拓扑和SVC的控制模式，以确定工作模式；以及计算模块，其被配置为计算基于所选的工作模式的控制基准，以控制所述发电机和/或 SVC。
15.根据权利要求14所述的经协调的控制器，其中，所述工作模式被划分为四种类型，其中: 第一种类型是所述SVC被连接到发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第二种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行无功功率控制； 第三种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧，并且所述SVC执行电压控制；以及 第四种类型是所述SVC被连接到所述发电机变压器的低压侧，并且所述SVC执行电压控制。
16.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中，在所述第一种类型的工作模式中， 所述计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准Pfcn*、发电机无功功率基准Qfcn*以及发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC无功功率基准Qsv。* ;根据发电机有功功率基准匕?*、发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准；以及 发送模块被配置为将所述Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
17.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第二种类型的工作模式中， 所述计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准匕:、发电机无功功率基准Qk:以及发电机变压器高压侧电压基准V/，计算发电机端电压基准;根据发电机有功功率基准、发电机无功功率基准发电机变压器高压侧电压基准V/以及发电机端电压基准计算SVC无功功率输出基准Qsve%以及 发送模块被配置为将所述Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
18.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第一种类型和/或第二种类型的工作模式中， 设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准来设定发电机端电压基准VGen* ; 所述计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pfcn*、发电机无功功率基准以及发电机端电压基准计算SVC无功功率基准Qstc* ；以及 发送模块被配置为将所述Qsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
19.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第三种类型的工作模式中， 设定模块被配置为根据发电机变压器高压侧电压基准VH*来设定SVC电压基准Vsv。* ； 所述计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准pfcn*、发电机无功功率基准以及SVC电压基准VSTC*，计算发电机端电压基准Vfcn* ；以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
20.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第三种类型的工作模式中，设定模块被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准来设定发电机端电压基准VGen* ; 计算模块还被配置为根据发电机有功功率基准Pem*、发电机无功功率基准以及发电机端电压基准计算SVC电压基准Vsvc* ；以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
21.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述计算模块还被配置为:根据发电机有功功率基准和发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算SVC电压基准Vsv。* ;根据发电机有功功率基准和发电机变压器高压侧电压基准VH*，计算发电机端电压基准Vfcn* ；以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器 。
22.根据权利要求15所述的经协调的控制器，其中在所述第四种类型的工作模式中，所述设定模块还被配置为根据发电机变压器低压侧电压基准'*，设定SVC电压基准Vsvc* ;根据发电机变压器低压侧电压基准V，设定发电机端电压基准vfcn* ;以及 发送模块被配置为将所述Vsv。*发送到SVC的本地控制器，并且将所述发送到发电机的励磁电压控制器。
23.根据权利要求16-22中任一项所述的经协调的控制器，其中所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的发电机侧反馈分量。
24.根据权利要求16-22中任一项所述的经协调的控制器，其中所述SVC无功功率基准Qsvc*和/或SVC电压基准VSTO*还包括:通过发电机无功功率闭环控制器所计算的SVC侧反馈分量。
25.根据权利要求21或22所述的经协调的控制器，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述发电机端电压基准还包括:通过发电机无功功率下垂控制器所计算的发电机侧下垂分量。
26.根据权利要求21或22所述的经协调的控制器，其中用于所述第四种类型的工作模式的所述SVC电压基准Vsv。*还包括:通过SVC无功功率下垂控制器所计算的SVC侧下垂分量。
27.具有静态无功补偿器(SVC)的发电厂，其中所述发电厂包括: 至少一个发电机单元和对应的发电机变压器，所述至少一个发电机单元和对应的发电机变压器在所述发电机变压器的高压侧被连接到大型电力系统；其中所述发电机被连接到所述发电机变压器的低压侧； 至少一个SVC，所述至少一个SVC被连接到所述发电机变压器的高压侧或低压侧；以及经协调的控制器，所述经协调的控制器根据权利要求14-26中的任一项，控制所述SVC的电压和/或无功功率以及所述发电机单元的电压和/或无功功率。
28.根据权利要求27所述的发电厂，其中，所述SVC还包括基于晶闸管的静态无功补偿器或基于电压源型变流器的静态无功补偿器。
29.根据权利要求27所述的发电厂，其中， 所述发电机单元还包括用于发电机励磁电压控制和有功功率控制的至少两个本地控制器；以及 所述SVC还包括用于电压和/或无功功率控制的本地控制器。
30.根据权利要求29所述的发电厂，其中，所述经协调的控制器与所述发电机单元和所述SVC的本地控制器相接口。
【文档编号】H02J3/18GK103999315SQ201280058797
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】陈瑶, 张国驹, 查尔斯·圣 申请人:Abb技术有限公司
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