一种磁控式可控并联电抗器的分层控制装置和方法与流程

本发明属于磁控式电抗器控制技术领域，具体涉及一种磁控式可控并联电抗器的分层控制装置和方法。

背景技术：

超高压/特高压长距离输电线路在轻载时由于线路对地电容充电呈现出明显的“容升效应”，导致线路末端电压偏高，危害输变电设备的安全运行。为解决长距离重载线路限制过电压和无功补偿的矛盾，提高电压稳定性水平和暂态运行极限，降低线路输送损耗，平衡无功功率，可控电抗器应用于长距离输电线路末端或变电站母线可有效实现线路(或母线)电压的连续调节，改善沿线电压分布水平，是实现超高压和特高压输电通道高效经济运行的重要工具。磁控式可控电抗器作为可控电抗器的一种，它是通过励磁系统连续控制直流励磁电流的大小改变铁心的饱和度，从而实现电抗值的改变和无功功率的连续平滑调节。励磁系统控制单元实时采集电抗器网侧绕组电压电流、控制绕组励磁电流，根据线路(或母线)电压指令或无功功率指令或励磁电流指令调节励磁功率整流回路的相控触发角，实现输出直流励磁电压和励磁电流的改变，从而改变电抗值和容量。

实际工程中，配置于变电站内包括磁控式电抗器在内的无功补偿设备可能有多种类型且数量不等。从站级监控层面看需要协调多个磁控式电抗器之间或者磁控式电抗器与其他无功补偿设备的无功出力，达到满足电网节点电压的要求。从电抗器单体层面看每台磁控式电抗器有自身的闭环调节，需要接收上层站级监控的要求调节无功出力；闭环控制的输出传输至励磁功率触发单元，触发单元按照角度指令对执行机构(整流桥)进行移相触发输出所需的励磁电压和励磁电流。合理的控制功能安排与架构对于电抗器控制系统设计、对外接口以及整体稳定运行至关重要。同时控制架构设计中还需考虑主备冗余措施，在单一控制模块发生故障时能够及时切换，确保不会因为单一控制模块故障导致电抗器退出运行。因此有必要合理设计磁控式电抗器的控制架构，采用一种既能实现电抗器自身闭环控制与功率触发控制同时又满足多电抗器之间或电抗器与其他无功补偿设备之间协调的分层控制方法，达到优化控制功能布置、提高控制冗余度的目的。现有技术中大多是关于单台磁控式电抗器的控制策略，包括稳态连续控制和暂态紧急控制方法，或者是关于电抗器励磁回路冗余的设计方法，并未提出磁控式电抗器的分层控制。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种磁控式可控并联电抗器的分层控制装置和方法，实现电抗器单体闭环控制以及与上层协调控制，优化控制功能布置，同时最大限度提高控制冗余度确保电抗器稳定运行。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种磁控式可控并联电抗器的分层控制装置，包括：顺次相连的站级总控单元、励磁控制单元和励磁触发单元；

所述站级总控单元以使站内在运行电抗器的总无功功率满足设定的总无功目标，或者使母线或线路电压满足设定的系统电压目标为目标，输出目标增减调节指令至各励磁控制单元；

所述励磁控制单元根据接收到的目标增减调节指令，改变自身的电压控制目标值，并基于采集到的磁控式可控并联电抗器网侧绕组电压电流，进而获得相应的移相触发角度，并将所述移相触发角度发送至励磁触发单元；

所述励磁触发单元基于接收到的移相触发角度，调节与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路的相控触发角，实现励磁功率整流回路的移相触发。

可选地，所述励磁控制单元采用网侧电压闭环控制，在电压突降或突升的暂态过程中，调节电抗器无功功率维持网侧电压跟随电压控制目标值；在稳态状态下接受站级总控单元对电压控制目标值的改变，调节磁控式可控并联电抗器的无功功率直至达到站级总控单元要求的稳态无功。

可选地，当励磁控制单元无法接收站级总控单元发送的目标增减调节指令时，则维持当前电压控制目标值不变，且所述电压控制目标值不能越过上下限幅设定值。

可选地，所述励磁控制单元的数量为2，分别称为主用励磁控制单元和备用励磁控制单元，备用励磁控制单元实时跟踪主用励磁控制单元的电压控制目标值和移相触发角度。

可选地，当主用控制单元发生故障时，主用励磁控制单元与备用励磁控制单元自动进行切换。

可选地，所述励磁触发单元的数量为2，分别称为主用励磁触发单元和备用励磁触发单元，所述主用励磁触发单元和备用励磁触发单元均同时接收主用励磁控制单元和备用励磁控制单元发送的移相触发角度，只有所述主用励磁触发单元才能发出脉冲对与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路进行移相触发。

可选地，当主用励磁触发单元发生故障时，主用励磁触发单元与备用励磁触发单元自动进行切换。

可选地，励磁触发单元优先采用主用励磁控制单元的移相触发角度，若接收主用励磁控制单元的通讯异常则采用备用励磁控制单元的移相触发角度；当励磁触发单元无法接收励磁控制单元发送的移相触发角度时，则励磁触发单元进行定角度控制维持当前移相触发角度不变，且所述移相触发角度不能小于额定触发角度设定值。

可选地，所述目标增减调节指令为模拟量信号或开关状态量信号。

第二方面，本发明提供了一种磁控式可控并联电抗器的分层控制方法，包括：

获取目标增减调节指令，所述目标增减调节指令是站级总控单元以使站内在运行电抗器的总无功功率满足设定的总无功目标，或者使母线或线路电压满足设定的系统电压目标为目标，计算得到的；

基于所述目标增减调节指令，改变自身的电压控制目标值，并基于采集到的磁控式可控并联电抗器网侧绕组电压电流，进而获得相应的移相触发角度，并将所述移相触发角度发送至励磁触发单元，使得励磁触发单元基于接收到的移相触发角度，调节与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路的相控触发角，实现励磁功率整流回路的移相触发。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供一种磁控式可控电抗器的分层控制装置和方法，实现磁控式可控电抗器单体闭环控制以及与上层协调控制，优化控制功能布置，同时最大限度提高控制冗余度确保电抗器稳定运行。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是磁控式可控电抗器本体与控制系统典型结构图；

图2是磁控式可控电抗器的分层控制架构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

如图1所示，磁控式可控并联电抗器的网侧绕组与变电站一次母线或线路末端连接，补偿侧绕组与励磁单元(自励式励磁单元)中功率整流回路的输入端相连，为自励式励磁单元提供励磁电源。控制绕组则与自励式励磁单元的功率整流回路输出端相连，流入控制绕组的直流励磁电流大小决定了电抗器本体铁芯的饱和程度以及相应的电抗值。

本发明实施例中提供了一种磁控式可控并联电抗器的分层控制装置，包括：顺次相连的站级总控单元、励磁控制单元和励磁触发单元；

所述站级总控单元，负责各台电抗器的投入和退出，控制在运行的各台磁控式可控并联电抗器的稳态无功功率，以使站内在运行电抗器的总无功功率满足设定的总无功目标，或者使母线或线路电压满足设定的系统电压目标为目标，输出目标增减调节指令至各励磁控制单元；在实际应用过程中，所述站级总控单元位于站级总控层；所述目标增减调节指令为模拟量信号或开关状态量信号；

所述励磁控制单元与磁控式可控并联电抗器的网侧绕组相连，采集到的磁控式可控并联电抗器网侧绕组电压电流，所述励磁控制单元根据接收到的目标增减调节指令，改变自身的电压控制目标值，基于采集到的磁控式可控并联电抗器网侧绕组电压电流，进而获得相应的移相触发角度，并将所述移相触发角度发送至励磁触发单元，实现电压闭环调节；在实际应用过程中，所述励磁控制单元位于单体控制层；

所述励磁触发单元基于接收到的移相触发角度，调节与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路的相控触发角，所述励磁功率整流回路通常设于自励磁单元或者外励磁单元中，实现励磁功率整流回路的移相触发，改变输出到控制绕组的直流励磁电压和电流，从而改变电抗值和容量，达到励磁控制单元所要求的维持网侧电压跟随电压目标值的作用。在实际应用过程中，所述励磁触发单元位于励磁触发层。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述站级总控单元可以通过硬接线干接点向励磁控制单元发送增/减目标脉冲信号，该脉冲信号的周期和占空比均可调整。当励磁控制单元接收到增目标脉冲信号后便增加电压控制目标值，从而使得触发角度增大，励磁触发单元进行移相触发后将使得励磁电压和电流减小，由此使得电抗器容量减小、吸收无功下降，电抗器网侧电压上升。反之，当励磁控制单元接收到减目标脉冲信号后便降低电压控制目标值，从而使得触发角度减小，励磁触发单元进行移相触发后将使得励磁电压和电流增大，由此使得电抗器容量增大、吸收无功上升，电抗器网侧电压下降。

所述励磁控制单元与站级总控单元之间的通信信号为模拟信号，用于调整控制目标值，所述模拟信号可以是0-20ma或4-20ma电流信号，也可以是0-5v、0-10v或其他类似范围的电压信号。另外，所述励磁控制单元还可通过通讯接收来自站级总控单元的控制目标值，与站级总控单元的通讯可以是rs485串口回路，光纤回路或者以太网连接等。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述励磁控制单元采用网侧电压闭环控制，如果由于电网系统原因导致电压出现突降或突升，在电压突降或突升的暂态过程中，励磁控制单元调节电抗器无功功率维持网侧电压跟随电压控制目标值；在稳态状态下接受站级总控单元对电压控制目标值的改变，调节磁控式可控并联电抗器的无功功率直至达到站级总控单元要求的稳态无功。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述励磁控制单元采用双重化冗余配置，主备双套运行，其数量为2，分别称为主用励磁控制单元和备用励磁控制单元。主用控制单元接受站级总控单元的增减目标指令，进行闭环调节；备用励磁控制单元实时跟踪主用励磁控制单元的电压控制目标值(控制目标)和移相触发角度(控制结果)；当主用控制单元发生故障时，主用励磁控制单元与备用励磁控制单元自动进行切换，原备用控制单元接管控制权晋升为新主用单元，而原主用单元则降为备用单元，等待人工检查。由于切换前备用单元的实时跟踪，主备励磁控制单元切换为无扰动切换，不会引起电抗器无功功率的明显波动。

当励磁控制单元不能有效接收站级总控单元的目标调节指令时，则维持当前电压控制目标不变。此种情况下如果电网电压幅值没有发生明显变化，则电抗器无功功率也不会明显变化；而若电网电压幅值出现变化，则电抗器无功功率也会发生变化。另外控制目标不能越过上下限幅设定值。当主用励磁控制单元恢复接收到站级总控单元的目标调节指令时，则电抗器的无功功率会逐步调节到总控单元要求的功率值。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述励磁触发单元采用双重化冗余配置，其数量为2，分别称为主用励磁触发单元和备用励磁触发单元，所述主用励磁触发单元和备用励磁触发单元均同时接收主用励磁控制单元和备用励磁控制单元发送的移相触发角度，只有所述励磁触发单元发出脉冲对与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路进行移相触发；当主用励磁触发单元发生影响触发脉冲正常产生的故障时自动进行切换，所述影响产生触发脉冲的故障包括触发模块自身软硬件故障、励磁电源电压采集异常、接收主备用励磁控制单元的通讯异常。

由于同时接收主备励磁控制单元的指令，励磁触发单元内部设置选择逻辑，优先采用主用励磁控制单元的移相触发角度；若接收主用励磁控制单元的通讯异常(如通讯断线或数据校验异常)，则采用备用励磁控制单元的移相触发角度；若接收主备用励磁控制单元的通讯皆异常则进行励磁触发单元的主备切换。

励磁触发单元优先采用主用励磁控制单元的移相触发角度；若接收主用励磁控制单元的通讯异常则采用备用励磁控制单元的移相触发角度；当励磁触发单元不能有效接收励磁控制单元的触发角度指令时，则励磁触发单元进行定角度控制维持当前触发角度不变；触发角度指令不能小于额定触发角度设定值。比如主备用励磁控制单元均发生故障，此时励磁触发单元中的主用触发模块将维持当前触发角度不变，实现定角度控制，从而维持励磁输出电压不变，保持电抗器的当前无功功率。更进一步，若此时主用触发模块再出现故障，则触发模块进行切换，切换后的新主用触发模块仍然维持当前触发角度不变，从而维持励磁输出电压不变，保持电抗器的当前无功功率。

实施例2

基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种磁控式可控并联电抗器的分层控制方法，包括：

获取目标增减调节指令，所述目标增减调节指令是站级总控单元以使站内在运行电抗器的总无功功率满足设定的总无功目标，或者使母线或线路电压满足设定的系统电压目标为目标，计算得到的；

基于所述目标增减调节指令，改变自身的电压控制目标值，进而获得相应的移相触发角度，并将所述移相触发角度发送至励磁触发单元，使得励磁触发单元基于接收到的移相触发角度，调节与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路的相控触发角，实现励磁功率整流回路的移相触发。

在实际应用过程中，本发明实施例中的方法被置入励磁控制单元中，用于配合站级总控单元和励磁触发单元共同完成磁控式可控并联电抗器的分层控制。

其余部分与实施例1相同。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。