专利名称：基于鞍结分岔理论的tcsc与svc联调控制系统及工作方法
技术领域：
本发明属于电力电子技术在电力系统中的应用领域，尤其是一种基于鞍结分岔理
论的TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator-基于晶闸管的可控串联补偿
装置)与SVC (Staic Var Compensator-静止无功补偿装置)联调控制系统及其工作方法。
背景技术：
SVC由相控电抗器(即TCR)、谐波滤波器、并联电容器以及控制系统组成，可以实 现无功平滑补偿。而SVC主要解决暂态下电网的无功补偿问题，其能够保证电网电压的稳定水平，调整过程平滑，特别是在恶劣天气条件下，SVC装置还可以实现输电线路的快速融冰，具有不可替代的地位。然而随着电网安全管理水平的提高，电网出现故障的概率越来越低，SVC作为动态无功补偿设备的利用率也越来越低，在稳态条件下，SVC作为电力系统暂态过程的无功储备，其参考电压必然是系统主网架电压，由于剩余容量有限，利用其按系统主网架电压指标进行调压的可能性基本没有。TCSC具有抑制系统低频振荡和次同步谐振，维持节点电压，调节系统潮流以及提高系统暂态稳定性等作用，TCSC之所以可以实现对线路上的功率进行连续的控制，主要是因为其可以通过改变晶闸管的触发角，从而改变其中电感支路上电流的大小，进而改变该线路上的无功补偿程度。因此，TCSC使得电力系统控制的灵活性和可靠性大为提高，这对充分挖掘现有输电线路的输送功率，抑制低频振荡和次同步振荡，提高系统的稳定性，都具有重大的意义。而目前的TCSC由于受晶闸管、C和L上所能承受的电流和电压的限制以及TCSC控制器性能及电力系统对TCSC电抗变化灵敏程度的限制，使得TCSC的阻抗调节范围大大地缩小了，TCSC对电力系统控制所具有的潜力是基于TCSC的快速调节阻抗能力，阻抗控制的优劣影响着整个控制系统响应速度与稳定性。目前，研究FACTS装置已经着重研究其装置之间的交互影响对整个系统的稳定性方面的影响。同一条母线上同时安装TCSC与SVC，两者之间有可能会存在一定的高频的交互影响，系统中如果同时安装了 SVC和TCSC，一般情况下两者之间存在一定交互影响的可能性非常大。图I、图2中，由于TCSC是串联在输电线路中的，而SVC是并联在线路中使用的，它们的联合补偿使用可以随时、动态、连续地补偿系统中的无功，改善线路的阻抗水平及系统阻尼水平，使系统电压保持在正常的范围内，提高系统的暂态稳定性，因此考虑结合现有的自动化变电站条件，在变电站的输出侧采用第一联调系统和第二联调系统将TCSC和SVC安装在变电站的出口处，以实现两者联调的目的。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统及其工作方法，它可以克服现有技术的不足之，是一种可以提高电网电压调节质量，提供更优质电能的操作简单的系统。
本发明的技术方案一种基于鞍结分盆理论的TCSC与SVC联调控制系统,其特征在于它包括鞍结分岔自适应控制器、通讯通道、TCSC控制单元、SVC控制单元、相控电抗器回路TCR支路、第一联调控制系统和第二联调控制系统；其中，所述TCSC控制单元与第一联调控制单元呈双向连接，其输出端与通讯通道的输入端连接；所述通讯通道分别与第一联调控制单元和第二联调控制单元呈双向连接，其输入端还连接SVC控制单元的输出端；所述SVC控制单元与第二联调控制单元呈双向连接，其输出端与相控电抗器回路TCR支路单元的输入端连接；所述鞍结分岔控制器单元分别与第一联调控制单元和第二联调控制单元的呈双向连接。所述鞍结分岔自适应控制器由带分析处理主程序的自适应控制单元组成，其输入端与输出端分别与第一联调控制单元和第二联调控制单元连接，鞍结分岔控制器输入端从第一联调系统和第二联调系统采集分析所需的参数信号，输出端则将处理后的有效信号通过第一联调系统和第二联调系统传递，进行系统调度。所述通讯通道是由SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition-数 据采集与监视控制)调度模块、变电站综合自动化站控层模块和数据通讯模块构成；其中，所述SCADA调度模块与第一联调控制单元以及变电站综合自动化站控层模块分别呈双向连接，其输入端接收TCSC控制单元发出的控制信号；所述数据通讯模块与第二联调控制单元以及变电站综合自动化站控层模块分别呈双向连接，其输入端接收SVC控制单元发出的控制信号。一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤①由第一联调单元根据TCSC控制单元中接收的来自SCADA系统的电网参数，由鞍结分岔自适应控制器的主程序循环判断作为控制对象的联调控制的电力系统是否处于稳态运行阶段，并通过鞍结分岔控制器中的鞍结分岔分析方法计算出系统当前运行状态下TCSC和SVC的极限运行状态，从而指导相关分岔参数的安全调节范围；如果系统处于稳态运行阶段，则第一联调系统会根据变电站进线端电压水平、系统联络线的等效阻抗、线路中的无功功率水平、系统暂态稳定性情况，进行处理、分析，并计算调整电网参数所需要进行调节的无功变化数据，并发出调节指令，此时通过奇异值分解法求得TCSC在小范围等效阻抗变化下，且TCSC和SVC交互影响系数最小时的SVC控制单元所提供的无功功率调整量。②第一联调单元通过通讯通道将步骤①得到的调节指令SCADA调度模块、变电站综合自动化站控层模块和数据通讯模块逐级传送并解释执行功能，最后送达第二联调单元;③第二联调单元采集母线电压的变化参数，并判断系统是否处于稳态运行，如果系统处于稳态运行阶段，则第二联调单元则接收该调整指令，然后通过SVC控制单元控制相控电抗器回路TCR支路单元根据指令调整无功量，将其调整到电网所要求的状态；④联调控制系统根据TCSC控制单元从SCADA调度模块上接收的SVC控制单元发出的无功出力值和等效电抗值，并根据无功出力数值和等效电抗值的变化判断SVC控制单元是否按照设定值进行动作；⑤如果电力系统处于故障状态，即暂态运行，则由主程序分析计算出调整电网参数所需要进行调节的无功变化数据，并结合鞍结分岔控制器中的鞍结分岔分析方法计算出系统当前运行状态下TCSC和SVC的极限运行状态，协调所需无功功率的分配；同时第二联调单元会发出指令，使SVC控制单元迅速转入暂态控制策略，退出联调控制，以实现对电力系统电压的动态补偿，并同时通过通讯通道向第一联调单元反馈“SVC控制单元已退出”的联调状态，此时第一联调单元向TCSC控制单元发出启动辅助暂态强补策略的信号，第一联调单元和第二联调单元各自运行以满足系统电压稳定性的无功功率需要，不再考虑交互影响；⑥当电力系统进入新的稳态运行时，第二联调单元会向SVC控制单元发送信号，使其自动恢复到第一联调单元最后一次下发的调节值状态，并进入新的联调控制状态中，进行新一轮的判断。所述步骤①中所述计算调整电网参数的过程由以下步骤构成⑴首先选择TCSC的等效电抗XTCSC和SVC的等效电纳BSVC为分岔参数，通过鞍结分岔分析和电能质量监测，在保证系统安全运行的前提下计算最小交互影响系数下，调节TCSC控制单元时对应的SVC控制单元的无功调节量，生成调节指令； ⑵当系统无功负荷处于大幅变化阶段需要进行及时调节时，联调控制系统将通过自适应控制算法改变TCSC和SVC控制单元的可调容量，即等效为XTCSC和BSVC的值，系统无功负荷进入小幅变化阶段的无功电压优化提供可调空间。本发明的工作原理TCSC与SVC联调控制系统，采用鞍结分岔理论的直接法计算分析TCSC与SVC中各个分岔控制参数与所在系统电压稳定性关系，并通过奇异值分解法(SVD)和自适应反馈控制，实现TCSC与SVC相对应的等效阻抗值动态、连续的变化，以平衡整个系统中的部分无功功率，使得三相正序电压能够保持在一个正常水平范围内的平衡，最终使得整个系统中的电压值稳定在一个理想的范围内，减少FACTS设备之间的交互影响。鞍结分岔控制器单元主要由自适应控制单元和分析处理主程序组成。所有的控制指令均来自这个主程序，确保调节SVC控制系统、相控电抗器回路以及TCSC系统的策略能够相互协调，该主程序采用奇异值分解法(SVD)建立适用于TCSC和SVC组合系统的数学模型，并借助鞍结分岔理论，采用直接法计算分析出联调控制策略中的各个参数和基数，从而进行交互影响的分析，最终减少FACTS设备之间的交互影响。第一联调系统位于TCSC系统侧，属于主控制系统，第二联调系统连接SVC系统，主要实现对SVC系统与通讯通道的数据分析，同时作为SVC系统的状态开关。主程序上，TCSC系统着重解决了建立整个系统的数学模型和求解系统失稳分岔边界问题，确定了无功补偿设备受控后母线电压在TCSC和SVC相互影响下的自适应控制算法。事实上联调控制系统是将SVC系统中的TCR支路的控制策略纳入TCSC系统的整体管理中。主程序还包括有调试试验平台，包括TCSC后台工作站、SCADA后台工作站、SVC后台工作站，基于鞍结分岔理论的分析处理主程序以及数据通讯管理平台。该试验平台可以实现对所有联调试验项目的模拟，保证现场设备一次成功接入，为系统整体实际安全稳定运行提供有力保障。变电站综合自动化系统是指电力系统中通讯传送的站控层，具有快速的信息响应能力及相应的信息处理分析功能，完成站内的运行管理及控制(包括就地及远方控制管理两种方式)，例如事件记录、开关控制及SCADA的数据收集功能。
调度系统，也就是电力系统中通讯传送中的调度层，即SCADA系统(SupervisoryControl And Data Acquisition系统,数据采集与监视控制系统),是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。联调控制系统中的各个参考数据都来自SCADA系统。经过双分支电抗器接线后，其中一段母线的无功发生变化，必然导致对另一段母线电压造成影响，同时为了防止两者误调节导致的系统电压失稳和求取系统失稳边界以指导系统安全运行。因此，本发明需要使用奇异值分解法(SVD)建立适用于TCSC和SVC组合系统的数学模型，并借助鞍结分岔理论，采用直接法计算分析出联调控制策略中的各个参数和基数，从而进行交互影响的分析。奇异值分解法(SVD)应用简介 假定一个控制系统中含有m个输入和m个输出，G(S)为相对应的传递函数矩阵，可以得到以下公式G(S)=Z(S) · A(s) · VT(S)该式中，A(S)=CliagIio1(S),o2(s),…，σ m(s)] ； Z (s) =diag [Z1 (s)，Z2 (s)，...
，Zm(S)],V(S)=CliagIiv1(S), v2(s)，…，vm(s)]这两个矩阵是传递函数矩阵G(s)的左右奇异向量，因此G(S)可以改写成如下形式
mmG(s) = X(Jl(SW^rZ(Y) = Dcri(S)Hv), O i 是 G(S)的奇值，
1=1 1=1
二 V為(I ~ 1，2，···，r，…/2)同时Y(s)=G(s) -U(S)=Z(S) · A (s) · Vt由上式可知G(S)由三部分组成。见图5进一步可以得出该系统中K输出与I输入之间的增益可由下式表示gkl (S) = = Σ (Wi (s), Ekl)
U 丨(Λ·) I上式中，〈％⑷，Ekl)= ( ,)7 · Zi(-v)J [v/ (.v)-6, ] ek, ex 分别都是单位的矢量。另外可以定义:Θi=cos_11 <ffi (s)，Ekl>⑷，的时候，0严0，表示控制系统之间没有交互影响。也就是说，Θ值
如果越小，则控制系统之间的交互影响相对也就越小。Θ角可称之为交互角，可以用它来评定整个控制系统之间交互影响的强弱，Θ角可以表示为
|>2權2糾Θ = COS 1 坦-
m
Σ。2
_ · I_θ =0,即cos θ =1的时候，表示此时控制系统之间没有交互影响；i= π /2即COS Θ =0的情况下,此时之间的交互影响相对最强烈。
鞍结分岔理论应用简介描述电力系统电压稳定问题一般采用如下微分一代数方程的形式
权利要求
1.一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统，其特征在于它包括鞍结分岔自适应控制器、通讯通道、TCSC控制单元、SVC控制单元、相控电抗器回路TCR支路、第一联调控制系统和第二联调控制系统；其中，所述TCSC控制单元与第一联调控制单元呈双向连接，其输出端与通讯通道的输入端连接；所述通讯通道分别与第一联调控制单元和第二联调控制单元呈双向连接，其输入端还连接SVC控制单元的输出端；所述SVC控制单元与第二联调控制单元呈双向连接，其输出端与相控电抗器回路TCR支路单元的输入端连接；所述鞍结分岔控制器单元分别与第一联调控制单元和第二联调控制单元的呈双向连接。
2.根据权利要求I所述一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统，其特征在于所述鞍结分岔自适应控制器由带分析处理主程序的自适应控制单元组成，其输入端与输出端分别与第一联调控制单元和第二联调控制单元连接，鞍结分岔控制器输入端从第一联调系统和第二联调系统采集分析所需的参数信号，输出端则将处理后的有效信号通过第一联调系统和第二联调系统传递，进行系统调度。
3.根据权利要求I所述一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统，其特征在于所述通讯通道是由 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition-数据米集与监视控制)调度模块、变电站综合自动化站控层模块和数据通讯模块构成；其中，所述SCADA调度模块与第一联调控制单元以及变电站综合自动化站控层模块分别呈双向连接，其输入端接收TCSC控制单元发出的控制信号；所述数据通讯模块与第二联调控制单元以及变电站综合自动化站控层模块分别呈双向连接，其输入端接收SVC控制单元发出的控制信号。
4.一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤 ①由第一联调单元根据TCSC控制单元中接收的来自SCADA系统的电网参数，由鞍结分岔自适应控制器的主程序循环判断作为控制对象的联调控制的电力系统是否处于稳态运行阶段，并通过鞍结分岔控制器中的鞍结分岔分析方法计算出系统当前运行状态下TCSC和SVC的极限运行状态，从而指导相关分岔参数的安全调节范围；如果系统处于稳态运行阶段，则第一联调系统会根据变电站进线端电压水平、系统联络线的等效阻抗、线路中的无功功率水平、系统暂态稳定性情况，进行处理、分析，并计算调整电网参数所需要进行调节的无功变化数据，并发出调节指令，此时通过奇异值分解法求得TCSC在小范围等效阻抗变化下，且TCSC和SVC交互影响系数最小时的SVC控制单元所提供的无功功率调整量。
②第一联调单元通过通讯通道将步骤①得到的调节指令SCADA调度模块、变电站综合自动化站控层模块和数据通讯模块逐级传送并解释执行功能，最后送达第二联调单元； ③第二联调单元采集母线电压的变化参数，并判断系统是否处于稳态运行，如果系统处于稳态运行阶段，则第二联调单元则接收该调整指令，然后通过SVC控制单元控制相控电抗器回路TCR支路单元根据指令调整无功量，将其调整到电网所要求的状态； ④联调控制系统根据TCSC控制单元从SCADA调度模块上接收的SVC控制单元发出的无功出力值和等效电抗值，并根据无功出力数值和等效电抗值的变化判断SVC控制单元是否按照设定值进行动作； ⑤如果电力系统处于故障状态，即暂态运行，则由主程序分析计算出调整电网参数所需要进行调节的无功变化数据，并结合鞍结分岔控制器中的鞍结分岔分析方法计算出系统当前运行状态下TCSC和SVC的极限运行状态，协调所需无功功率的分配；同时第二联调单元会发出指令，使SVC控制单元迅速转入暂态控制策略，退出联调控制，以实现对电力系统电压的动态补偿，并同时通过通讯通道向第一联调单元反馈“SVC控制单元已退出”的联调状态，此时第一联调单元向TCSC控制单元发出启动辅助暂态强补策略的信号，第一联调单元和第二联调单元各自运行以满足系统电压稳定性的无功功率需要，不再考虑交互影响； ⑥当电力系统进入新的稳态运行时，第二联调单元会向SVC控制单元发送信号，使其自动恢复到第一联调单元最后一次下发的调节值状态，并进入新的联调控制状态中，进行新一轮的判断。
5.根据权利要求4所述一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统的工作方法，其特征在于所述步骤①中所述计算调整电网参数的过程由以下步骤构成 ⑴首先选择TCSC的等效电抗XTCSC和SVC的等效电纳BSVC为分岔参数，通过鞍结分岔分析和电能质量监测，在保证系统安全运行的前提下计算最小交互影响系数下，调节TCSC控制单元时对应的SVC控制单元的无功调节量，生成调节指令； ⑵当系统无功负荷处于大幅变化阶段需要进行及时调节时，联调控制系统将通过自适应控制算法改变TCSC和SVC控制单元的可调容量，即等效为XTCSC和BSVC的值，系统无功负荷进入小幅变化阶段的无功电压优化提供可调空间。
全文摘要
一种基于鞍结分岔理论的TCSC与SVC联调控制系统，其特征在于它包括鞍结分岔自适应控制器、通讯通道、TCSC控制单元、SVC控制单元、相控电抗器回路TCR支路、第一联调控制系统和第二联调控制系统；其工作方法包括状态判断、数据处理分析、发送指令、判断稳定及按指令动作；其优越性在于①电压平滑调整，电压波动小；②网损降低，无功就地平衡；③减少FACTS设备之间的交互影响；④可行性高，成本低，操作简单；⑤为系统无功负荷进入小幅变化阶段的无功电压优化提供可调空间。
文档编号H02J3/01GK102832629SQ20121031640
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者周雪松, 翟化欣, 马幼捷 申请人:天津理工大学