本发明涉及交直流并列运行系统无功电压自动控制方法，特别涉及一种交直流并列运行系统无功电压协调控制方法。
背景技术：
随着风力资源的不断开发及风电场容量的不断扩大，多端柔性直流(vsc-mtdc，其中：vsc，voltagesourceconverter，电压源型换流器；mtdc，multi-terminaldctransmissionsystem，多端直流输电系统)因其能够实现多电源供电、多落点受电的特点，为我国分散的可再生能源提供了一种更为灵活、快捷、经济的输电方式。相比较传统输电方式，多端柔性直流输电系统的控制系统对线路运行起着至关重要的作用，控制策略也更加复杂。在这样的背景下，交流系统和多端柔性直流系统之间的相互作用及其对电网构成的新约束值得关注。直流换流器的无功电压控制以及交流系统的无功电压响应是交直流相互作用的主要表现形式之一，可能造成交直流系统无功调节失配。针对柔性直流输出的无功功率对电网影响以及如何配合交流系统的无功电压调节手段实现电压的稳定与无功的就地平衡，将是含vsc-mtdc交直流并列运行系统无功电压控制需要重点关注的问题。
无功电压控制的核心在于电压无功控制装置(vqc，voltagequalitycontrol)的控制策略，传统vqc实现电压无功综合控制的基本方法是采用9区图控制策略。它是根据变电站当前运行方式，利用实时监测的电压无功两个判别量构成变电站综合自动控制策略，综合逻辑判据是基于给出的电压和无功的上下限特性，把电压和无功平面分割成9个控制区，各个区域对应不同的控制策略，根据监测的实时电压、无功，判定当前变电站允许的哪个控制区，各个区域对应不同的控制策略，根据监测的实时电压、无功，判定当前变电站运行在哪个区，再根据响应的控制策略对分接头和电容器组进行控制，以实现实时无功补偿，优化无功潮流分布，提高全网各节点电压合格率，减少网损，从而取得较好的经济效益。
vqc在保证无功和电压满足要求的同时，对变压器分接头调节次数，电容器投切次数等设备的调节也作了限制。由于变压器在电网重要地位，在有载调节分接头时，由于会出现短时的闸间短路产生电弧，一方面会对分接头的机械和电气性能产生影响，另一方面也影响变压器油性能。因此，各变电站都严格限制了有载分接头的日最大调节次数(一般110kv及以上变压器为5～10次，35kv以下变压器为20次)。变电站对电容器组的日最大投切次数也作出了限制(如每组电容器一天最大动作次数为20次)。此外，为了避免无功电压调节设备的频繁调节影响设备运行寿命和系统稳定性，通常每动作一次需进行一次闭锁，以避免设备的频繁调节。因此，控制策略应尽量使控制对象的日动作次数越少越好，特别是减少分接头的调节次数，并设置必要的闭锁条件。
含vsc-mtdc交直流并列运行系统vqc控制方法与传统交流系统vqc控制方法的重要区别在于通过调节改变vsc无功功率的参考值可以使vsc参与系统的无功控制，电容器的投切、变压器的调档对无功控制是离散的，而vsc的无功控制是连续平滑的调节，这就赋予了vqc更加丰富的内容。目前，有关含vsc-mtdc交直流并列运行系统无功电压控制方法的研究甚少，尚未发现基于九区图的交直流并列运行系统vqc控制方法。
本发明提出一种交直流并列运行系统无功电压协调控制方法，根据含vsc-mtdc交直流并列运行系统中vsc参与无功电压调节的特性，对九区图的动作策略进行改进。本发明提出的交直流并列系统vqc控制方法能够合理充分的调动vsc在无功控制方面的作用，对实现含vsc-mtdc交直流并列运行系统的实时动态无功补偿，促进无功平衡和优化无功潮流，提高全网各节点电压质量具有显著的效果，此外，在降低系统运行网损，提高系统运行的稳定性方面也有积极作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于九区图的含vsc-mtdc交直流并列运行系统vqc控制方法，实现含vsc-mtdc交直流并列运行系统的无功电压控制，以促进无功平衡和实时无功补偿，优化无功潮流分布，提高全网各节点电压合格率，减少网损，从而取得较好的经济效益。
本发明提出一种交直流并列运行系统无功电压协调控制方法，包括以下步骤：
步骤1获取交直流并列运行系统的交流线路无功功率上下限值qach和qacl，vqc升压变压器低压侧电压上下限值u2h和u2l，交直流并列运行系统的换流器vsc的无功功率运行上下限qsmax、qsmin，vsc无功功率调整裕度δqsδ；
步骤2采集交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2，换流器vsc运行的无功功率，qs变压器的档位信息，电容器的状态信息，变压器、电容器的闭锁状态信息；
步骤3设置变压器闭锁条件为调档一次后闭锁一段时间tt或者变压器日调档次数达到最大调节次数后闭锁，设置电容器投切闭锁条件为投入或切除一组电容器后均反向闭锁一段时间tc或者电容器组日投切次数达到最大投切次数后闭锁；
步骤4按照适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法的主策略对交直流并列运行系统进行变压器档位的调节和电容器的投切，以及采用边界裕度控制法对换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置，若主策略对应主变挡位或无功补偿设备处于闭锁状态或已达到极限，即采用备用策略；
步骤5若动作后交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2满足于qacl＜qacline＜qach且u2l＜u2＜u2h或者所在区域主策略和备用策略均已闭锁，则维持此时运行状态不动作，否则返回步骤2。
优选地，所述的一种交直流并列运行系统无功电压协调控制方法中，所述的适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2判断运行状态所处的1-9区的九区图区域，基于运行状态所处的区域进行相应的变压器档位的调节，电容器的投切以及直流线路换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置的方法，具体1-9区的九区特征及动作策略如下：
1区：qacline＜qacl且u2＞u2h,设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；
2区：qacl＜qacline＜qach且u2＞u2h，设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；
3区：qach＜qacline且u2＞u2h，设定主策略为切电容器，备用策略为升压变压器升档降压；
4区：qacline＜qacl且u2l＜u2＜u2h，设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs，备用策略为投电容器；
5区：qacl＜qacline＜qach且u2l＜u2＜u2h，设定主策略及备用策略均为不动作；
6区：qach＜qacline且u2l＜u2＜u2h，设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs，备用策略为切电容器；
7区：qacline＜qacl且u2＜u2l，设定主策略为投电容器，备用策略为降档升压；
8区：qacl＜q1＜qach且u2＜u2l，设定主策略为升压变压器降档升压，备用策略为投电容器；
9区：q1h＜q1且u2＜u2l，设定主策略为降档升压，备用策略为投电容器。
优选地，所述步骤4中边界裕度控制法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline与无功功率的上边界qach和下边界qacl的最小差额，并考虑一定裕度来增加或减少无功功率控制参考值的方法，具体设置方法如下：
若qacline＜qacl，减少vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ，若设定后qs小于qsmin则按qsmin运行；
若qach＜qacline，增加vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0+(qacline-qach)+δqsδ，若设定后qs大于qsmax则按qsmax运行；
上式中：qs0为设定前vsc无功功率参考值。
本发明还公开了一种交直流并列运行系统无功电压协调控制装置，包括：
获取模块，用于获取交直流并列运行系统的交流线路无功功率上限值qach和下限值qacl，升压变压器低压侧电压上限值u2h和下限值u2l，交直流并列运行系统的换流器vsc的无功功率运行上限qsmax和下限qsmin，vsc无功功率调整裕度δqsδ；
采集模块，用于采集交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2，换流器vsc运行的无功功率，qs变压器的档位信息，电容器的状态信息，变压器、电容器的闭锁状态信息；
设置模块，用于设置变压器闭锁条件为调档一次后闭锁一段时间tt或者变压器日调档次数达到最大调节次数后闭锁，设置电容器投切闭锁条件为投入或切除一组电容器后均反向闭锁一段时间tc或者电容器组日投切次数达到最大投切次数后闭锁；
制定模块，用于按照对交直流并列运行系统进行变压器档位的调节和电容器的投切以及采用边界裕度控制法对换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置，制定适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法的主策略，若主策略对应主变挡位或无功补偿设备处于闭锁状态或已达到极限，则采用备用策略；
执行模块，用于若动作后交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2满足于qacl＜qacline＜qach且u2l＜u2＜u2h或者所在区域主策略和备用策略均已闭锁，则维持此时运行状态不动作，否则返回采集模块。
优选地，所述制定模块中所述适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2判断运行状态所处的1-9区的九区图区域，基于运行状态所处的区域进行相应的变压器档位的调节，电容器的投切以及直流线路换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置的方法，具体1-9区的九区区域特征及动作策略如下：
1区：qacline＜qacl且u2＞u2h,设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；
2区：qacl＜qacline＜qach且u2＞u2h，设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；
3区：qach＜qacline且u2＞u2h，设定主策略为切电容器，备用策略为升档降压；
4区：qacline＜qacl且u2l＜u2＜u2h，设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs，备用策略为投电容器；
5区：qacl＜qacline＜qach且u2l＜u2＜u2h，设定主策略及备用策略均为不动作；
6区：qach＜qacline且u2l＜u2＜u2h，设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs，备用策略为切电容器；
7区：qacline＜qacl且u2＜u2l，设定主策略为投电容器，备用策略为降档升压；
8区：qacl＜q1＜qach且u2＜u2l，设定主策略为升压变压器降档升压，备用策略为投电容器；
9区：q1h＜q1且u2＜u2l，设定主策略为升压变压器降档升压，备用策略为投电容器。
优选地，所述制定模块中所述边界裕度控制法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline与无功功率的上边界qach和下边界qacl的最小差额，并考虑一定裕度来增加或减少无功功率控制参考值的方法，具体设置方法如下：
若qacline＜qacl，减少vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ，若设定后qs小于qsmin则按qsmin运行；
若qach＜qacline，增加vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0+(qacline-qach)+δqsδ，若设定后qs大于qsmax则按qsmax运行；
上式中：qs0为设定前vsc无功功率参考值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
步骤1根据含vsc-mtdc交直流并列运行系统的无功电压控制手段,提出一种适应交直流并列运行系统的vqc九区图控制方法，实现对含vsc-mtdc交直流并列运行系统的自动无功电压控制，使传统的vqc九区图应用于交直流并列运行系统，并从传统的无功离散控制向连续控制的转变。
步骤2所提出的交直流并列运行系统无功电压协调控制方法丰富了无功电压控制的内容并优化控制效果，对提高系统各节点电压质量和提高系统运行的稳定性和经济性具有良好的效果。
附图说明
图1是基于九区图交直流并列运行系统vqc控制方法的流程示意图；
图2是含vsc-mtdc交直流并列运行系统简化图；
图3是九区图vqc控制方法区域划分示意图；
图4是基于九区图vqc控制方法动作示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明。
图1反映了交直流并列运行系统无功电压协调控制方法的流程。图2反映含vsc-mtdc交直流并列运行系统简化图。基于九区图交直流并列运行系统vqc控制方法包括：
步骤1获取交直流并列运行系统的交流线路无功功率上限值qach和下限值qacl，升压变压器低压侧电压上限值u2h和下限值u2l，交直流并列运行系统的换流器vsc的无功功率运行上限qsmax和下限qsmin，vsc无功功率调整裕度δqsδ；
步骤2采集交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2，换流器vsc运行的无功功率，qs变压器的档位信息，电容器的状态信息，变压器、电容器的闭锁状态信息；
步骤3设置变压器闭锁条件为调档一次后闭锁一段时间tt或者变压器日调档次数达到最大调节次数后闭锁，设置电容器投切闭锁条件为投入或切除一组电容器后均反向闭锁一段时间tc或者电容器组日投切次数达到最大投切次数后闭锁；
步骤4按照适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法的主策略对交直流并列运行系统进行变压器档位的调节和电容器的投切，以及采用边界裕度控制法对换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置，若主策略对应主变挡位或无功补偿设备处于闭锁状态或已达到极限，即采用备用策略；
适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2判断运行状态所处的九区图的区域，基于运行状态所处的区域进行相应的升压变压器档位的调节，电容器的投切以及直流线路换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置的方法，上述各区域的特征及动作策略如下：
1区：qacline＜qacl且u2＞u2h,设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；
2区：qacl＜qacline＜qach且u2＞u2h，设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；
3区：qach＜qacline且u2＞u2h，设定主策略为切电容器，备用策略为升档降压；
4区：qacline＜qacl且u2l＜u2＜u2h，设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs，备用策略为投电容器；
边界裕度控制法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline与九区图第5区无功功率的上边界qach和下边界qacl的最小差额，并考虑一定裕度来增加/减少无功功率控制参考值的方法，具体设置方法如下：
若qacline＜qacl，减少vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ，若设定后qs小于qsmin则按qsmin运行；
若qach＜qacline，增加vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0+(qacline-qach)+δqsδ，若设定后qs大于qsmax则按qsmax运行；
上式中：qs0为设定前vsc无功功率参考值。
5区：qacl＜qacline＜qach且u2l＜u2＜u2h，设定主策略及备用策略均为不动作；
6区：qach＜qacline且u2l＜u2＜u2h，设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs；备用策略为切电容器；
边界裕度控制法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline与九区图第5区无功功率的上边界qach和下边界qacl的最小差额，并考虑一定裕度来增加/减少无功功率控制参考值的方法，具体设置方法如下：
若qacline＜qacl，减少vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ，若设定后qs小于qsmin则按qsmin运行；
若qach＜qacline，增加vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0+(qacline-qach)+δqsδ，若设定后qs大于qsmax则按qsmax运行；
上式中：qs0为设定前vsc无功功率参考值。
7区：qacline＜qacl且u2＜u2l，设定主策略为投电容器，备用策略为升压变压器降档升压；
8区：qacl＜q1＜qach且u2＜u2l，设定主策略为变压器降档升压，备用策略为投电容器；
9区：q1h＜q1且u2＜u2l，设定主策略为降档升压，备用策略为投电容器。
步骤5若动作后交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2处于九区图中的第5区或者所在区域主策略和备用策略均已闭锁，则维持此时运行状态不动作，否则返回步骤2。
传统的九区图只是变压器与电容器的协调控制，而本策略的创新点在于：
(1)有变压器与电容器和vsc无功协同控制，见第4区和第6区的控制方法；
(2)由于传统九区图关注的是主变高压侧无功与主变低压侧电压，本专利关注的是交流线路无功与升压变压器低压侧电压，所以控制策略与传统九区图也有所不同。
以下是本发明该方法的一个实操作实例，以某110kv交直流并列运行系统为例进行仿真计算，图2显示了该电网的拓扑结构，图中，节点1为交流并列运行系统交流线路连接受端系统所在节点，节点2为交流线路连接送端系统所在节点，同时也是vqc升压变压器低压侧所在节点，电容器组c接于节点2，节点1、节点2的电压等级均为110kv，节点3为vqc升压变压器高压侧所在节点，节点3电压等级为160kv，换流器vsc1采用定有功-无功控制。实施例采用matlab的潮流计算程序进行仿真验证。
步骤1获取交直流并列运行系统的交流线路无功功率上下限值qach＝35mvar和qacl＝-15mvar，vqc升压变压器低压侧电压上下限值u2h＝116kv和u2l＝110kv，交直流并列运行系统的换流器vsc的无功功率运行上下限qsmax＝15mvar、qsmin＝-5mvar，vsc无功功率调整裕度δqsδ＝1mvar；
步骤2采集交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2，换流器vsc运行的无功功率qs，变压器的档位信息，变压器的档位为160kv±8×1.25％/110kv，电容器的状态信息，变压器、电容器的闭锁状态信息，所在的九区图参阅图4，采集到状态a0和状态b0两种状态信息如表1所示；
表1实施例中两种初始运行状态
步骤3设置变压器闭锁条件为调档一次后闭锁1小时或者变压器日调档次数达到最大调节次数后闭锁，设置电容器投切闭锁条件为投入或切除一组电容器后均反向闭锁一段时间30分钟或者电容器组日投切次数达到最大投切次数后闭锁；
步骤4按照适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法的主策略对交直流并列运行系统进行变压器档位的调节和电容器的投切，以及采用边界裕度控制法对换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置，若主策略对应主变挡位或无功补偿设备处于闭锁状态或已达到极限，即采用备用策略；
适应交直流并列运行系统vqc九区图控制方法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，升压变压器低压侧电压u2判断运行状态所处的九区图的区域，基于运行状态所处的区域进行相应的变压器档位的调节，电容器的投切以及直流线路换流器vsc的无功功率控制参考值进行设置的方法。
对于状态a0，因为qach＜qacline且u2＞u2h，所以处于九区图的3区。根据3区的运行策略为：设定主策略为切电容器，备用策略为升档降压；因此优先选用切电容策略，切除一组10mvar电容器，调整后进入了状态a1：qacline＝26.9mvar，u2＝116.05kv；因为qacl＜qacline＜qach且u2＞u2h，判断处于九区图的2区，参阅图4。根据2区的运行策略为：设定主策略为升压变压器升档降压，备用策略为切电容器；因此对变压器发出升档降压指令，此时变压器升1档为
对于状态b0，因为qacline＜qacl且u2l＜u2＜u2h，判断处于九区图的4区，参阅图4。根据4区的运行策略为：设定主策略为采用边界裕度控制法调整vsc无功功率运行参考值qs；备用策略为投电容器；
边界裕度控制法是一种根据交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline与九区图第5区无功功率的上边界qach和下边界qacl的最小差额，并考虑一定裕度来增加/减少无功功率控制参考值的方法，具体设置方法如下：
若qacline＜qacl，减少vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ，若设定后qs小于qsmin则按qsmin运行；
若qach＜qacline，增加vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0+(qacline-qach)+δqsδ，若设定后qs大于qsmax则按qsmax运行；
因为qacline＜qacl，减少vsc无功功率参考值，将vsc无功功率运行参考值qs设定为：qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ，若设定后qs小于qsmin则按qsmin运行，备用策略为投电容器。因此调整vsc无功功率运行参考值qs，设定qs＝qs0-(qacl-qacline)-δqsδ＝3.6mvar，设定后系统运行状态进入状态b1：qacline＝-14mvar，u2＝113.01kv，因为qacl＜qacline＜qach且u2l＜u2＜u2h，此时处于九区图第5区，参阅图4。
步骤5若动作后交直流并列运行系统的交流线路无功功率qacline，变压器低压侧电压u2处于九区图中的第5区或者所在区域主策略和备用策略均已闭锁，则维持此时运行状态不动作，否则返回步骤2。
整个动作过程参阅图4，动作前后的参数如表2所示：
通过实施例分析图4和表2得出如下结论：
1)实施例对于a、b两种不同运行状态，均能通过本发明所提的vqc控制方法所述的策略准确进入第5区，即无功和电压均在合格范围内；
3)具有一定的降损效果，对于状态a，动作前网损为1.49mw，经过本发明所提的vqc控制策略动作后网损为1.137mw，降损率达到23.7％，体现良好的经济效益。
通过实施例分析表明，本发明所提的一种考虑振荡域的交直流并列运行系统vqc控制方法具有以下几个方面的优势：
1)本发明能够准确有效的对系统无功电压进行控制，使最终运行状态的无功功率和电压均控制在合格范围内；
2)具有较为良好的降损效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。