一种智能无功补偿系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能无功补偿系统，该智能无功补偿系统可通过对清洁能源发电装置和SVC设备一并监测，并以此为信息源动态智能调节无功补偿，从而实现平滑并网点功率和电压，维持提高清洁能源发电装置的经济运行。
【专利说明】一种智能无功补偿系统 所属技术领域
[0001] 本发明涉一种智能无功补偿系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国电力系统装备水平不断发展和战略需要，长距离、大范围、高电压的超高 压和特高压输电网络已逐步形成，而作为衡量电力网的安全经济运行重要指标的电压质 量，受到无功电源超常规输送而造成有功功率损耗的重要影响。无功功率补偿是电力系统 中应用无功功率调节措施改善电网无功功率分布和电压水平，从而降低地区电网间损耗和 输变电线路功率损耗的方法。因此，电力系统中无功功率补偿设备及装置有着极其重要的 作用，优化配置补偿设备及装置，不但可以减少电网损耗，提高供电质量，还能有效解决系 统电压波动和谐波的问题。
[0003] 随着清洁能源的快速发展，风电的大规模集中接入对电网提出更高的要求。在恶 劣环境或运行约束条件增加的情况下，电网电压、三相不平衡、电流畸变以及功率因数偏低 等问题会显得突出，发电装置的安全水平会一步步降低。柔性交流控制器件中SVC是电网中 应用最广泛、最为成熟的无功和电压控制设备了，能快速补偿无功和维持电网电压。
[0004] 传统的补偿谐波和无功电流的一种方法是装设无功补偿设备，通常由电力电容 器、电抗器和电阻器串并联组合而成。目前我国常用的无功调节设备仍为机械式并联电抗 器、投切电容器，这些静止型调压手段，因调节不连续、响应速度慢，很难满足系统运行方式 快速变化时的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种智能无功补偿系统，该智能无功补偿系统可通过对清洁能源发电 装置和SVC设备一并监测，并以此为信息源动态智能调节无功补偿，从而实现平滑并网点功 率和电压，维持提高清洁能源发电装置的经济运行。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种智能无功补偿系统，该智能无功补偿系统包 括：
[0007] 发电装置，用于将绿色能源转换成电能，该清洁能源发电装置为多个；
[0008] SVC设备，用于在发电装置的并网点提供无功功率，以维持并网电压的稳定，该SVC 设备为多个，并与所述发电装置一一对应；
[0009] 并网装置，用于实现发电装置和大电网之间的并网运行；
[0010] 和监控装置；
[0011] 该监控装置包括：
[0012] 获取模块、检测模块、控制模块和用于所述各模块通信的通信总线；
[0013] 所述获取模块，用于接收所述大电网调度中心下发的电压指令，并从所述电压指 令中提取并网点电压；
[0014] 所述检测模块，用于接收当前并网点电压，并将所述当前并网点电压和预设区间 进行比较，检测所述当前并网点电压所在的区间；
[0015] 所述控制模块，用于在所述当前并网点电压处于正常运行区间的情况下，控制该 发电装置及其对应的SVC设备进入本地控制模式，并向所述发电装置及其对应的SVC设备下 发所述目标并网点电压，通过无功功率补偿控制所述并网点电压达到所述目标并网点电 压；
[0016] 在所述当前并网点电压处于异常运行区间的情况下，控制该异常发电装置及其对 应的SVC设备进入协调控制模式，根据无功电压灵敏度和，选择协调发电装置及其对应的 SVC设备，控制所述协调发电装置及其对应的SVC设备输出无功功率，以协助处于协调控制 模式异常发电装置及其对应的SVC设备的并网点电压达到所述目标并网点电压；以及在所 述当前并网点电压处于紧急运行区间的情况下，控制该处于紧急运行区间的发电装置及其 对应的SVC设备进入紧急控制模式，采用切机或甩负荷方式控制该并网点电压。
[0017] 优选的，所述控制模块包括:第一控制单元，用于采用以下公式计算所有发电装置 对于处于协调控制模式的发电装置的无功电压灵敏度系数矩阵Sdi-Mr 1^1，其中，无 功电压灵敏度系数矩阵S中的元素 Su为发电装置i的并网点电压变化对发电装置j的并网点 无功功率改变的灵敏度系数;B〃为所述发电装置集群内线路的导纳矩阵，矩阵可逆;V = diaga^Vs，. . .，Vn)表示发电装置的机端电压，共有η个节点;将无功电压灵敏度系数矩阵S 中的灵敏度系数按照从大到小进行排序;选择排序在前面的灵敏度系数所对应的发电装 置及其SVC设备作为所述协调发电装置及其SVC设备。
[0018] 优选的，所述控制模块包括:第二控制单元，用于根据处于协调控制模式发电装置 及其SVC设备的当前并网点电压与所述目标并网点电压的差值，计算所述协调发电装置及 其SVC设备需要提供的无功调整量；向所述协调发电装置及其SVC设备下发携带有所述无功 调整量的无功协调控制指令，所述协调发电装置及其SVC设备按照所述无功调整量输出无 功功率，使处于协调控制模式的发电装置及其SVC设备的并网点电压达到所述目标并网点 电压;其中，所述协调发电装置及其SVC设备按照所述无功调整量输出无功功率后，所处于 协调控制模式发电装置及其SVC设备对应的风电场的并网点电压处于正常运行区间。
[0019] 优选的，所述控制模块包括:第三控制单元，用于在处于紧急控制模式时，下发无 功调节指令给处于紧急控制模式发电装置或SVC设备后，检测达到预设动作延时时间，控制 处于紧急控制模式时的切机、甩负荷，其中，所述预设动作延时时间大于所述处于紧急控制 模式的发电装置或SVC设备的动作周期，所述动作周期是从所述处于紧急控制模式时下发 无功调节指令到发电装置或SVC设备执行动作的时间；其中，如果并网点电压在预定时间内 一直高于设定的最高值，确认无功补偿能力用尽，并网装置切断与大电网的并网运行。
[0020] 优选的，所述SVC设备的主电路为三相三桥臂的逆变电路，由6个电力电子器件和 直流侧电容组成。
[0021] 优选的，所述SVC设备采用电压空间矢量的调制方式，为了便于在α-β坐标系上直 接控制，减少切换开关时造成的电压波动，控制SVC输出电压矢量在正六边形的内切圆中， 内切圆半径为Ud。表示SVC的直流侧电容电压。 f ·χ· ，
[0022] 本发明具有如下优点：（1)可通过对发电装置和SVC设备一并监测，及时发现并网 点电压波动值，并以此为信息源动态无功功率，从而实现并网点电压稳定；（2)针对并网点 电压预设运行区间，对应不同的控制模式，协助大电网调度中心共同完成对清洁能源发电 装置的控制，协调控制各个发电装置的无功出力，在减少无功储备的基础上，保证电压保持 稳定，提高地区电压水平。
【附图说明】
[0023] 图1示出了本发明的一种智能无功补偿系统的框图；
[0024] 图2示出了一种智能无功补偿系统的监控方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 图1是示出了本发明的一种智能无功补偿系统10,该智能无功补偿系统10包括:发 电装置12,用于将绿色能源转换成电能，该清洁能源发电装置12为多个;SVC设备13,用于在 发电装置的并网点提供无功功率，以维持并网电压的稳定，该SVC设备13为多个，并与所述 发电装置12-一对应;并网装置14,用于实现发电装置和大电网之间的并网运行;和监控装 置11。
[0026] 该监控装置11包括:获取模块112、检测模块113、控制模块114和用于所述各模块 通信的通信总线111;
[0027] 所述获取模块112,用于接收所述大电网20调度中心下发的电压指令，并从所述电 压指令中提取并网点电压；
[0028] 所述检测模块113,用于接收当前并网点电压，并将所述当前并网点电压和预设区 间进行比较，检测所述当前并网点电压所在的区间。
[0029] 所述控制模块114,用于在所述当前并网点电压处于正常运行区间的情况下，控制 该发电装置及其对应的SVC设备进入本地控制模式，并向所述发电装置及其对应的SVC设备 下发所述目标并网点电压，通过无功功率补偿控制所述并网点电压达到所述目标并网点电 压；
[0030] 在所述当前并网点电压处于异常运行区间的情况下，控制该异常发电装置及其对 应的SVC设备进入协调控制模式，根据无功电压灵敏度和，选择协调发电装置及其对应的 SVC设备，控制所述协调发电装置及其对应的SVC设备输出无功功率，以协助控制处于协调 控制模式异常发电装置及其对应的SVC设备的并网点电压达到所述目标并网点电压；以及 在所述当前并网点电压处于紧急运行区间的情况下，控制该处于紧急运行区间的发电装置 及其对应的SVC设备进入紧急控制模式，采用切机或甩负荷方式控制该并网点电压。
[0031] 优选的，所述控制模块包括:第一控制单元，用于采用以下公式计算所有发电装置 对于处于协调控制模式发电装置的无功电压灵敏度系数矩阵其中，无功 电压灵敏度系数矩阵S中的元素为发电装置i的并网点电压变化对发电装置j的并网点无 功功率改变的灵敏度系数;B 〃为所述发电装置集群内线路的导纳矩阵，矩阵可逆;V = diag (V^Vs，...，Vn)表示发电装置的机端电压，共有η个节点;将无功电压灵敏度系数矩阵S中的 灵敏度系数按照从大到小进行排序;选择排序在前面的灵敏度系数所对应的发电装置及 其SVC设备作为所述协调发电装置及其SVC设备。
[0032]优选的，所述控制模块包括:第二控制单元，用于根据处于协调控制模式发电装置 及其SVC设备的当前并网点电压与所述目标并网点电压的差值，计算所述协调发电装置及 其SVC设备需要提供的无功调整量；向所述协调发电装置及其SVC设备下发携带有所述无功 调整量的无功协调控制指令，所述协调发电装置及其SVC设备按照所述无功调整量输出无 功功率，使处于协调控制模式的发电装置及其SVC设备的并网点电压达到所述目标并网点 电压;其中，所述协调发电装置及其SVC设备按照所述无功调整量输出无功功率后，所处于 协调控制模式发电装置及其SVC设备对应的风电场的并网点电压处于正常运行区间。
[0033] 优选的，所述控制模块包括:第三控制单元，用于在处于紧急控制模式时，下发无 功调节指令给处于紧急控制模式发电装置或SVC设备后，检测达到预设动作延时时间，控制 处于紧急控制模式时的切机、甩负荷，其中，所述预设动作延时时间大于所述处于紧急控制 模式的发电装置或SVC设备的动作周期，所述动作周期是从所述处于紧急控制模式时下发 无功调节指令到发电装置或SVC设备执行动作的时间；其中，如果并网点电压在预定时间内 一直高于设定的最高值，确认无功补偿能力用尽，并网装置切断与大电网的并网运行。
[0034] 优选的，所述SVC设备的主电路为三相三桥臂的逆变电路，由6个电力电子器件和 直流侧电容组成。
[0035] 优选的，所述SVC设备采用电压空间矢量的调制方式，为了便于在α_β坐标系上直 接控制，减少切换开关时造成的电压波动，控制SVC输出电压矢量在正六边形的内切圆中， 内切圆半径为ud。表示SVC的直流侧电容电压。
[0036] 参见附图2,本发明的一种智能无功补偿系统的监控方法包括如下步骤：
[0037] S1.监控装置获取模块实时获取大电网调度中心下发的电压指令，并从电压指令 中提取各发电装置的目标并网点电压，其中各发电装置的目标并网点电压是相同的；
[0038] S2.监控装置接收各发电装置上传的当前并网点电压，并将当前并网点电压和预 设区间进行比较，检测当前并网点电压所在的区间，对全部发电装置分别检测其当前并网 点电压所在的预设区间，以确定对应的控制模式；
[0039] S3.如果当前并网点电压处于正常运行区间，监控装置控制该发电装置进入本地 控制模式，并向该发电装置和其对应的SVC设备下发目标并网点电压，通过无功功率补偿控 制该发电装置的并网点电压达到目标并网点电压；当前并网点电压处于正常运行区间，表 示该发电装置可以通过自身无功输出，使并网点电压达到目标电压；
[0040] S4.如果当前并网点电压处于异常运行区间，监控装置控制异常的发电装置及其 对应SVC设备进入协调控制模式，根据无功电压灵敏度选择协助发电装置及其对应SVC设 备，控制所述协调发电装置及其对应SVC设备输出无功功率，以协助控处于协调控制模式的 发电装置的并网点电压达到目标并网点电压；当前并网点电压处于异常运行区间，表示无 功不足，并网点电压越限进入异常运行区，通过自身无功输出很难使并网点电压达到目标 电压，需要其他措施的协助；
[0041] S5.如果当前并网点电压处于紧急运行区间，监控装置控制处于紧急运行区间的 发电装置及其SVC设备进入紧急控制模式，采用切机、甩负荷的方式控制该发电装置的并网 点电压。
[0042] 优选的，上述预设区间根据发电装置并网点电压进行划分，正常运行区间为 ^^异常运行区间为丨Μ Κ 或6 淇中，i表示发电装置的编号，I表示发电装置并网点电压，i表示发电 住那个值的编号，Vi表示发电装置并网点电压，s
[0043] 优选的，依据发电装置的当前并网点电压所处的区间，可以将发电装置及其对应 的SVC设备的控制分为以下三种控制模式：
[0044] (1)本地控制模式:此时发电装置并网点电压处于正常运行区间，发电装置及其对 应的SVC设备执行监控装置下发的电压指令；
[0045] (2)协调控制模式:此时发电装置并网点电压处于异常运行区间，发电装置及其对 应的SVC设备执行监控装置下发的无功调整指令，为发电装置所在的区域电网提供无功支 持，直到所有发电装置及其对应SVC设备处于本地控制模式；
[0046] (3)紧急控制模式:此时发电装置并网点电压处于紧急运行区间，即风电场的电压 经过本地控制和协调控制仍得不到有效恢复，进一步恶化进入紧急运行区间，此时应该对 发电装置及其对应的SVC设备进行紧急控制。
[0047] 优选的，在本地控制模式下，发电装置及其对应的SVC设备接收监控装置下发的并 网点电压目标值，并实时监测发电装置当前并网点电压的实际值，得到目标值与实际值的 差值，在保证发电装置的并网点电压跟踪目标电压的基础上，使发电装置及其对应的SVC的 内部电压得到最优。
[0048] 优选的，当某发电装置及其对应的SVC设备无功不足时，其并网点电压越限进入异 常运行区间时，该发电装置及其对应的SVC设备进入协调控制模式，将该SVC设备的可调容 量上传给监控装置，监控装置根据无功电压灵敏度和各发电装置及其对应的SVC设备的无 功可调容量选择参与协调控制的发电装置及其对应的SVC设备，由越限发电装置及其对应 的SVC设备的电压偏差值计算出协调发电装置及其对应的SVC设备的无功调整量，然后下发 无功调整量到协调发电装置及其对应的SVC设备。
[0049] 优选的，协调发电装置及其对应的SVC设备的选取，控制目标在区域内节点电压满 足要求并得到优化，由于清洁能源的随机性，发电装置集群的有功出力会不断变化，这样会 导致各个发电装置并网点电压不停的波动，在进行潮流计算的时候，对于发电装置集群的 高压线路来说，其电抗值往往远大于其电阻值，根据PQ分解法可得：
[0050] AQ = -VB// AV (1)
[0051] 式（1)中AQ为发电装置并网点输出的无功功率变化值;Β〃为发电装置集群内线路 的导纳矩阵，矩阵可逆，矩阵属于稀疏型矩阵;VidiagWiVs，. . .，Vn)表示发电装置机端电 压，共有η个节点；AV为区域各个节点电压变化量。由式(1)可得：
[0052] AV = -(B//)_V1AQ (2)
[0053] 则发电装置集群内所有发电装置及其对应的SVC设备对处于协调控制模式的发电 装置及其对应的SVC设备的无功电压灵敏度系数矩阵S为：
[0054] s = _(B〃）-1 (3)
[0055] 式(3)中无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素为发电装置i的并网点电压变化对 发电装置j的并网点无功功率改变的灵敏度系数，其大小与发电装置节点电压值及网络结 构参数有关;Su为发电装置电压对发电装置调整无功的灵敏度。
[0056] 优选的，协调发电装置及其对应的SVC设备的选择依据是发电装置及其对应的SVC 设备在灵敏度系数矩阵中数值的大小，优先选用灵敏度大的子站，具体的，可以将无功电压 灵敏度系数矩阵S中的灵敏度系数按照从大到小进行排序，并选择排序在前面的灵敏度 系数所对应的发电装置及其对应的SVC设备作为协调发电装置及其对应的SVC设备。
[0057] 优选的，步骤S4中控制所述协调发电装置及其对应的SVC设备输出无功功率，以协 助控制处于协调控制模式的发电装置及其对应的SVC设备的并网点电压达到目标并网点电 压可以包括:根据处于协调控制模式的发电装置及其对应的SVC设备的当前并网点电压与 目标并网点电压的差值，计算所述协调发电装置及其对应的SVC设备需要提供的无功调整 量;向所述协调发电装置及其对应的SVC设备下发携带有无功调整量的无功协调控制指令， 所述协调发电装置及其对应的SVC设备按照无功调整量输出无功功率，使处于协调控制模 式的发电装置及其对应的SVC设备的并网点电压达到目标并网点电压;其中，协调发电装置 及其对应的SVC设备按照无功调整量输出无功功率后，协调发电装置及其对应的SVC设备对 应的风电场的并网点电压处于正常运行区间。
[0058] 优选的，可以采用以下公式计算协调AVC子站i的无功调整量AQ1:
[0059] AVj = SAQi (4)
[0060] 式(4)中，AVj为处于协调控制模式的发电装置及其对应的SVC设备j的当前并网 点电压与目标并网点电压的差值(即越限子站的电压偏差量）；下发给协调发电装置及其对 应的SVC设备i的无功调整量应该在协调AVC子站i的可调容量范围内；
[0061 ]约束条件如下：
[0062] 1)监控装置给发电装置及其对应的SVC设备下发的无功调整量AQi应在发电装置 及其对应的SVC设备的可调容量范围Q ava内：
[0063] 〇< Δ Qi<Qava (5)
[0064] 2)发电装置及其对应的SVC设备调整无功后，发电装置及其对应的SVC设备电压 V，"应保持在允许运行范围内：
[0065] Vinew=Viold+AQiSii (6)
[0066] 松論 <.. f-7) 〇
[0067] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当 视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种智能无功补偿系统，该智能无功补偿系统包括： 发电装置，用于将绿色能源转换成电能，该清洁能源发电装置为多个； SVC设备，用于在发电装置的并网点提供无功功率，以维持并网电压的稳定，该SVC设备 为多个，并与所述发电装置一一对应； 并网装置，用于实现发电装置和大电网之间的并网运行； 和监控装置； 该监控装置包括： 获取模块、检测模块、控制模块和用于所述各模块通信的通信总线； 所述获取模块，用于接收所述大电网调度中心下发的电压指令，并从所述电压指令中 提取并网点电压； 所述检测模块，用于接收当前并网点电压，并将所述当前并网点电压和预设区间进行 比较，检测所述当前并网点电压所在的区间； 所述控制模块，用于在所述当前并网点电压处于正常运行区间的情况下，控制该发电 装置及其对应的SVC设备进入本地控制模式，并向所述发电装置及其对应的SVC设备下发所 述目标并网点电压，通过无功功率补偿控制所述并网点电压达到所述目标并网点电压； 在所述当前并网点电压处于异常运行区间的情况下，控制该异常发电装置及其对应的 SVC设备进入协调控制模式，根据无功电压灵敏度和，选择协调发电装置及其对应的SVC设 备，控制所述协调发电装置及其对应的SVC设备输出无功功率，以协助处于协调控制模式异 常发电装置及其对应的SVC设备的并网点电压达到所述目标并网点电压；以及在所述当前 并网点电压处于紧急运行区间的情况下，控制该处于紧急运行区间的发电装置及其对应的 SVC设备进入紧急控制模式，采用切机或甩负荷方式控制该并网点电压。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括:第一控制单元，用于采用 以下公式计算所有发电装置对于处于协调控制模式发电装置的无功电压灵敏度系数矩阵 s:s=-(B 〃广iri，其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素^为发电装置i的并网点电压 变化对发电装置j的并网点无功功率改变的灵敏度系数;B 〃为所述发电装置集群内线路的 导纳矩阵，矩阵可逆;VidiagWiVs，. . .，Vn)表示发电装置的机端电压，共有η个节点;将无 功电压灵敏度系数矩阵S中的灵敏度系数Slj按照从大到小进行排序;选择排序在前面的灵 敏度系数所对应的发电装置及其SVC设备作为所述协调发电装置及其SVC设备。3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括:第二控制单元，用于根据 处于协调控制模式发电装置及其SVC设备的当前并网点电压与所述目标并网点电压的差 值，计算所述协调发电装置及其SVC设备需要提供的无功调整量；向所述协调发电装置及其 SVC设备下发携带有所述无功调整量的无功协调控制指令，所述协调发电装置及其SVC设备 按照所述无功调整量输出无功功率，使处于协调控制模式的发电装置及其SVC设备的并网 点电压达到所述目标并网点电压;其中，所述协调发电装置及其SVC设备按照所述无功调整 量输出无功功率后，所处于协调控制模式发电装置及其SVC设备对应的风电场的并网点电 压处于正常运行区间。4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括:第三控制单元，用于在处 于紧急控制模式时，下发无功调节指令给处于紧急控制模式发电装置或SVC设备后，检测达 到预设动作延时时间，控制处于紧急控制模式时的切机、甩负荷，其中，所述预设动作延时 时间大于所述处于紧急控制模式的发电装置或SVC设备的动作周期，所述动作周期是从所 述处于紧急控制模式时下发无功调节指令到发电装置或SVC设备执行动作的时间；其中，如 果并网点电压在预定时间内一直高于设定的最高值，确认无功补偿能力用尽，并网装置切 断与大电网的并网运行。5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SVC设备的主电路为三相三桥臂的逆变 电路，由6个电力电子器件和直流侧电容组成。6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述SVC设备采用电压空间矢量的调制方式， 为了便于在α_β坐标系上直接控制，减少切换开关时造成的电压波动，控制SVC输出电压矢 量在正六边形的内切圆中，内切圆半径为ud。表示SVC的直流侧电容电压。
【文档编号】H02J3/16GK105932687SQ201610390877
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】靖新宇
【申请人】成都欣维保科技有限责任公司