一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法
【专利摘要】本发明公开一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法，其核心思想是采用线路电压主环和一次绕组/控制绕组过流过热限制、无功功率限制以及最大控制电流瞬时限制四个限制辅环进行复合控制，步骤如下：(1)判断各限制是否动作，计算各动作限制调节差值：一次/控制电流差值EIg/EIf、无功差值EQ和最大控制电流差值EIfmax；(2)计算线路电压差值EU与EIg、EIf、EQ中最小值Emin；(3)Emin经相对应的电压PID或者限制PID模型运算，得到闭环计算值UPID；(4)EIfmax经比例运算得到控制值VIfmax；(5)UPID与VIfmax相加，经放大、限幅生成最终控制电压UC。本发明在线路电压闭环控制的同时，对一次绕组电流、无功功率、控制电流进行限制调节，使之处于安全运行范围以内，提高电抗器运行可靠性。
【专利说明】一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气工程【技术领域】，特别涉及一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法。
【背景技术】
[0002]磁控式高压并联电抗器是一种新型柔性交流输电系统(FACTS)设备，通过调节电抗器控制绕组电流大小改变铁芯的磁饱和度，来调节主回路铁芯绕组的电抗值，从而达到调节无功功率的功能。通过连续调节控制绕组电流，能够动态补偿输电线路容性无功功率，抑制超/特高压输电线路的容升效应、工频过电压和潜供电流，提高系统稳定性。
[0003]超/特高压系统对无功补偿设备的稳定性和调节精确度有较高的要求，目前国内外研究者提出的磁控式高压并联电抗器自动闭环控制方法主要分为两类:传统的比例-积分-微分(PID)控制和以现代控制理论构成的控制方法。后者理论新颖，但在稳定性、可靠性方面有待实际应用检验；可查见的超/特高压系统实际工程应用中，更多采用了传统PID控制。PID控制根据其控制目标不同又分为:线路电压控制、无功功率控制、无功率因数控制等方式。其中，线路电压控制是最基本，也是常用的控制方式之一，其以接入点的线路电压指令值与实际值的差值作为调节输入，维持线路电压的稳定。
[0004]线路电压单一电气量闭环控制存在的问题是:在线路工况变化，电压出现大幅度抬升，电抗器吸收无功过大，或者控制单元误调节等情况下，仅对电压进行控制，可能引起电抗器过励磁，反映为各个电气参量变化主要包括:一次绕组过电流、无功率功率过负荷和控制电流高，达到电抗器保护设备的保护阀值后会发生电抗器出口开关跳闸，解列电抗器。进行电压闭环调节的同时，需要限制其余电气量运行范围，确保在保护动作解列前，将电抗器限制在安全范围内运行，避免出口开关动作，进而提高电抗器运行可靠性，维持对电网的无功功率补偿能力。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，在于提供一种磁控式高压并联电抗器的多电气量复合控制方法，在线路电压闭环控制的同时，对一次绕组电流、无功功率、控制电流进行限制调节，使之处于安全运行范围以内，提高电抗器运行可靠性。
[0006]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
[0007]本发明公开的一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法，可适应不同工况、不同电气量闭环调节时的动态性能要求，满足电抗器在电气限制工况下运行时的稳定性；保证最大控制电流限制瞬时有效和瞬时退出的限制特性，不影响控制调节品质。本发明实现在线路电压闭环控制的同时，全面抑制控制系统过励磁，维持电抗器运行在设计允许范围之内，增强电抗器运行的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是多电气量复合控制的调节模型框图。
【具体实施方式】
[0009]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0010]图1中:Ug是线路电压实际值;Uref是线路电压参考值；Eu、EIg、EIf、EQ、Elfmax分别是线路电压、一次绕组电流、控制电流、无功功率和最大控制电流调节差值；Emin是最小调节差值；UPID是闭环计算值；VIfmax是最大控制电流限制控制值；U。是最终控制电压PIDlf、PIDe分别是线路电压闭环、控制电流闭环和一次电流/无功闭环运算模型；Km是顶值限制调节增益；KB是移相增益系数；LV是低值门比较器，输出最小输入值。
[0011]如图1所示，采用线路电压主环和一次绕组/控制绕组过流过热限制、无功功率限制以及最大控制电流瞬时限制四个限制辅环进行复合控制，其步骤是:
[0012](I)根据电抗器一次绕组、控制绕组电流和无功功率采样计算值，按照以下方法判断限制是否动作，并计算调节差值:
[0013]一次绕组和控制绕组过流过热限制采用反时限控制，绕组电流超过其最大长期连续运行电流，热量积累超过绕组允许热容量，限制动作；绕组电流小于限制返回电流设定值，则限制延时返回。限制调节目标值按照绕组能够长期运行的最大电流值设定，目标值减去实际值得到调节差值EIg、Elf。热量积累按照以下公式计算:
[0014]Ch=J^u2-12J(|、
[0015]其中，Ch是当如累积热量，I是电流实际值，In是热容计算电流基值。
[0016]无功功率限制在电抗器无功功率超出设计允许容量时，延时动作；无功功率小于限制返回无功功率设定值，则限制延时返回。调节目标值按照电抗器能够长期运行的最大吸收无功功率值设定，目标值减去实际值得到限制调节差值eq。
[0017]最大控制电流瞬时限制在电抗器控制绕组电流超出电抗器最大强励电流时，瞬时动作；控制电流小于限制返回设定值，则限制延时返回。调节目标值按照电抗器允许的最大强励电流值设定，例如1.4倍额定控制电流。目标值减去实际值得到限制调节差值EIfmax。
[0018](2)线路电压差值Eu与Eq、EIg、Elf经低值门比较器LV选择最小值Emin:
[0019](3)Efflin经相对应的电压PID或者限制PID模型运算，得到闭环计算值Upid:
[0020]按照以下方法设置闭环运算模型:电压调节设置一路PIDu，控制电流调节设置一路PIDlf,与一次绕组相关的一次电流和无功功率调节设置一路PIDe,各PID模型参数单独整定。
[0021]如果限制没有动作，电压闭环PIDl^Emin对应，经PID1^算输出闭环控制电压Upm ；限制调节辅环PIDlf和PIDe模型跟踪PIDu运行，由闭环控制电压Upid反算得到辅环PID模型中间计算变量值。
[0022]如果限制动作，从电压闭环PIDu、一次侧闭环PIDdP控制电流闭环PIDlf中，选择与Emin相对应的PID模型运算，输出闭环计算值Upid ;其余PID模型跟踪运行，由闭环控制电压Upid反算得到中间计算变量值。
[0023](4)最大控制电流瞬时限制差值Elfmax经比例运算输出控制值Vlfmax ；
[0024](5)、与Vlfniax叠加，经放大、限幅生成最终控制电压Uc。采用可控硅整流桥作为电抗器控制电源时，可以根据整流桥交流侧电压状况，将Uc转化为整流桥触发角度，控制电抗器控制绕组电流大小，进而实现线路电压的调节。
[0025]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法，其特征在于:采用线路电压主环和一次绕组/控制绕组过流过热限制、无功功率限制以及最大控制电流瞬时限制四个限制辅环进行复合控制，具有如下步骤:(I)判断各限制是否动作，计算以下各动作限制调节差值:一次电流差值Elg、控制电流差值Elf、无功差值Eq和最大控制电流差值Elfmax ； (2)计算线路电压差值Eu、EIg、Elf及Eq中最小值Emin ； (3) Emin经相对应的电压PID或者限制PID模型运算，得到闭环计算值Upid ； (4)Elfmax经比例运算得到控制值Vlfmax ； (5)Upid与Vlfmax相加，经放大、限幅生成最终控制电压Uc。
2.如权利要求1所述的一种磁控式高压并联电抗器多电气量复合控制方法，其特征在于:设置独立的电压与限制调节PID运算模型，电压调节设置一路PIDu，控制电流调节设置一路PIDlf,与一次绕组相关的一次电流和无功功率调节设置一路PIDe。
【文档编号】H02J3/16GK104201687SQ201410437892
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】韩兵, 吴龙, 石祥建, 牟伟 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司