專利名稱：動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的系統(tǒng)級(jí)控制方法。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置是現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，包括以晶閘管為開關(guān)器件的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)和以可關(guān)斷器件(IGBT，IGCT)為開關(guān)器件的靜止同步無(wú)功發(fā)生器(STATC0M)，這些設(shè)備應(yīng)用于電網(wǎng)可以幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功連續(xù)調(diào)節(jié)、提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平、抑制線路低頻功率振蕩，是電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可控化和智能化的主要手段之一。從國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況看，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置主要應(yīng)用于提高受端負(fù)荷中心的無(wú)功支撐和電壓穩(wěn)定控制，在這種場(chǎng)合通常采用恒電壓控制，其控制方法如圖1所示，這種方法中，首先采集動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入電網(wǎng)點(diǎn)的電壓Vp。。，計(jì)算Vp。。與參考電壓Vref的差值 AV;該差值ΔΥ經(jīng)過超前滯后校正，計(jì)算出幅值-相位特性調(diào)整后的信號(hào)AV。。mp;最后，將 Δ Vcomp通過PI調(diào)節(jié)計(jì)算出所需的無(wú)功功率指令值Qref。隨著研究的深入和應(yīng)用的推廣，利用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置抑制低頻功率振蕩的研究受到關(guān)注。低頻功率振蕩的發(fā)生會(huì)到危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，隨著大區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)和電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，低頻振蕩日趨嚴(yán)重，且出現(xiàn)了頻率更低、危害更大的區(qū)間低頻振蕩現(xiàn)象，對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行二次附加阻尼控制是解決低頻功率振蕩問題的一種有效手段。圖2所示是最簡(jiǎn)單的利用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置抑制低頻功率振蕩的控制方法，這種方法中，首先采集動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入電網(wǎng)點(diǎn)的頻率fp。。，計(jì)算fp。。與參考頻率fMf的差值A(chǔ)f ；該差值A(chǔ)f利用一階慣性函數(shù)計(jì)算出信號(hào)Afd，Afd經(jīng)過超前滯后校正，計(jì)算出幅值-相位特性調(diào)整后的信號(hào)Af。。mp;最后，Δ f。。mp根據(jù)帶限幅的增益計(jì)算出所需的無(wú)功功率指令值(^f。其基本原理是根據(jù)受控線路的功率或頻率的變化，按照簡(jiǎn)單的PI反饋控制器調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償裝置的輸出，通過實(shí)時(shí)改變接入點(diǎn)的電壓來(lái)調(diào)節(jié)線路的傳輸功率，當(dāng)線路傳輸功率降低時(shí)，使無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)出容性無(wú)功、支撐母線電壓以提高傳輸功率，相反當(dāng)線路傳輸功率增大時(shí)，使無(wú)功補(bǔ)償裝置吸收感性無(wú)功、降低母線電壓以降低傳輸功率。這種控制方法存在一個(gè)最大的問題，抑制線路低頻功率振蕩的同時(shí)可能造成接入點(diǎn)母線電壓的振蕩。這是因?yàn)榫€路傳輸有功功率降低時(shí)，消耗無(wú)功功率相應(yīng)降低，接入點(diǎn)母線電壓會(huì)升高，此時(shí)為了抑制功率振蕩需要提高線路傳輸功率，這是通過注入容性無(wú)功實(shí)現(xiàn)的，然而容性無(wú)功的注入會(huì)進(jìn)一步提高接入點(diǎn)電壓；類似的，當(dāng)線路傳輸功率增加時(shí)，接入點(diǎn)電壓會(huì)隨著線路消耗的無(wú)功功率增加而降低，圖2所示的控制方法要求無(wú)功補(bǔ)償裝置吸收感性無(wú)功，這將進(jìn)一步降低系統(tǒng)電壓。圖3所示的仿真結(jié)果反映了上述現(xiàn)象，圖3(a) 中的曲線為接入動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置之前(圖中的虛線曲線)和之后(圖中的實(shí)線曲線)母線頻率的變化，可以看出按照?qǐng)D2所示方案控制的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可以有效提高線路低頻振蕩的阻尼，起到抑制功率振蕩的作用。但是從圖3(b)曲線反映的接入點(diǎn)母線電壓的變化情況可以看出，這種控制方法加劇了接入點(diǎn)母線電壓的振蕩，這對(duì)保持電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定
4是非常不利的?？梢?，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置雖然可以同時(shí)應(yīng)用于提高電壓穩(wěn)定和抑制低頻功率振蕩，但是簡(jiǎn)單的采用圖2所示的控制方法不能同時(shí)兼顧這兩種存在矛盾的控制目標(biāo)。圖4為另外一種常見的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置抑制低頻功率振蕩的方法。這種方法中，首先檢測(cè)振蕩線路的頻率值，與計(jì)算該頻率與參考頻率的差值Δ ·，Δ f依次通過一階慣性、超前滯后校正和帶限幅的增益得到阻尼控制所需的電壓附加分量Vdamp，將該附加分量Vdamp引入如圖2所示的恒電壓控制中，其后的控制流程與圖2所示方法相同。在這種方法中，當(dāng)線路發(fā)生低頻功率振蕩時(shí)，電壓分量相對(duì)較小，功率振蕩分量占據(jù)主導(dǎo)，其控制效果類似于圖2所示的方法，同樣無(wú)法避免阻尼控制對(duì)電壓穩(wěn)定控制的負(fù)面影響。綜上所述，當(dāng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置需要同時(shí)解決輸電線路低頻功率振蕩和電壓穩(wěn)定問題時(shí)，面臨一個(gè)難題，因?yàn)樽枘岬皖l功率振蕩和保持母線電壓穩(wěn)定這兩個(gè)控制目標(biāo)對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功輸出要求往往不完全一致，而采用母線頻率或線路功率作為反饋進(jìn)行阻尼控制時(shí)，在一個(gè)振蕩周期內(nèi)有兩個(gè)1/4周期時(shí)間里阻尼控制和電壓控制對(duì)無(wú)功方向的需求相反?，F(xiàn)有的控制方法未能有效解決兩者的協(xié)調(diào)問題，往往因?yàn)檫^于最求阻尼控制的效果而造成電壓大范圍波動(dòng)、超出許可范圍甚至引起電壓失穩(wěn)問題?，F(xiàn)有的一些動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的阻尼控制方法由于沒能解決與電壓穩(wěn)定控制的協(xié)調(diào)配合問題，控制效果都不
王困相

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用于抑制線路低頻功率振蕩的場(chǎng)合時(shí)， 一個(gè)很重要的問題是協(xié)調(diào)阻尼控制和電壓穩(wěn)定控制兩者之間的矛盾這一問題，提供一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，該方法具有物理意義明晰、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，本發(fā)明所涉的兼顧電壓穩(wěn)定和阻尼控制的控制方法應(yīng)用于大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制時(shí)，可在有效阻尼低頻功率振蕩的同時(shí)確保接入點(diǎn)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。本發(fā)明提出的一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于 兼顧電力系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的控制要求，將受控母線電壓和頻率作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的控制輸入信號(hào)，在電壓控制和阻尼控制兩者出現(xiàn)矛盾的時(shí)候，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化算法， 選取最優(yōu)的無(wú)功控制指令，防止阻尼控制引起電網(wǎng)電壓超標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制。該方法具體包括以下步驟1)在一個(gè)控制周期到來(lái)時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入電網(wǎng)點(diǎn)的電壓U和頻率F ；并對(duì)電壓和頻率做標(biāo)么化處理，將接入點(diǎn)電壓等級(jí)作為電壓基值Ubase，標(biāo)么化的電壓測(cè)量值vp。。= UAJbase, 50Hz作為頻率基值fbase，標(biāo)么化的頻率測(cè)量值fp。。= F/50 ；2)根據(jù)電壓測(cè)量值Vpcx和電壓參考值Vref計(jì)算保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量Qref v，3)根據(jù)頻率測(cè)量值fp。。和參考值fref計(jì)算阻尼控制所需的無(wú)功量Qref—f ；4)對(duì)接入點(diǎn)的電壓測(cè)量值\。。，電壓控制所需的無(wú)功量(^f v，阻尼控制所需的無(wú)功量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，按照以下條件判斷是否發(fā)生電壓控制和阻尼控制矛盾的情況，根據(jù)不同情況相應(yīng)選取最優(yōu)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出無(wú)功參考值(^f 條件一動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入點(diǎn)母線電壓Vpcx低于0. 9pu或高于1. Ipu值時(shí)，判定受控電網(wǎng)的電壓偏離穩(wěn)定狀態(tài)較大，選取電壓輸出作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即 Qref = Qref—ν ；
條件二 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入點(diǎn)母線電壓高于0.9pu而低于1. Ipu值時(shí)，按以下條件依次判斷阻尼控制與電壓控制之間是否存在矛盾條件A.如果電壓測(cè)量值Vp。。與參考電壓Vref的差值Δ V小于-0.05pu，同時(shí)阻尼控制模塊的輸出大于零，此時(shí)以電壓控制為優(yōu)先，選取計(jì)算得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qref_v ；條件B.如果電壓測(cè)量值Vp。。與參考電壓VMf的差值Δ V大于0.05pu，同時(shí)阻尼控制處理得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量f小于0，同樣選取計(jì)算得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qref_v ；條件C.若上述A和B兩種條件均不成立，選取阻尼控制所需的無(wú)功量(^f f作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qrefj ；5)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功參考值A(chǔ)rf發(fā)送至下一級(jí)進(jìn)行控制，并等待下一個(gè)控制周期到來(lái)時(shí)轉(zhuǎn)步驟1)。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是本發(fā)明所涉的控制方法在整個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)中位于系統(tǒng)級(jí)控制層，其主要功能是根據(jù)電網(wǎng)電壓、頻率的變化情況，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備為實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定和阻尼控制目標(biāo)所需輸出的無(wú)功功率。本發(fā)明方法是對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)級(jí)控制方法的改進(jìn)，因此可以不需要專門增加硬件實(shí)現(xiàn)?？稍谠袆?dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)級(jí)控制硬件平臺(tái)上通過修改控制程序?qū)崿F(xiàn)，使動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器同時(shí)實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定控制和阻尼控制。本發(fā)明的有益效果是采用該方法能夠有效協(xié)調(diào)電壓穩(wěn)定控制和阻尼控制兩種控制目標(biāo)可能出現(xiàn)的不一致，使動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置為電網(wǎng)低頻振蕩提供阻尼的同時(shí)，確保電網(wǎng)電壓不超出許可范圍。該方法具有物理意義明晰、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，解決了動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)用于電網(wǎng)穩(wěn)定控制時(shí)阻尼控制和電壓穩(wěn)定控制難以協(xié)調(diào)的技術(shù)難題，本發(fā)明所涉控制方法可在有效阻尼低頻功率振蕩的同時(shí)確保接入點(diǎn)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。 可應(yīng)用于大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制中。


圖1為已有的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置恒電壓控制框圖；圖2為已有的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)化阻尼控制框圖；圖3為圖2的簡(jiǎn)化阻尼控制方法對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓的影響仿真；圖4為已有的另一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置附加阻尼控制框圖；圖5為本發(fā)明的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明所述的控制方法的特點(diǎn)是兼顧電力系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的控制要求，實(shí)現(xiàn)電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制，其特征在于，包括將受控母線電壓和頻率作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的控制輸入信號(hào)，在電壓控制和阻尼控制兩者出現(xiàn)矛盾的時(shí)候，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化算法， 選取最優(yōu)的無(wú)功控制指令，防止阻尼控制引起電網(wǎng)電壓超標(biāo)。本發(fā)明所涉的控制方法在整個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)中位于系統(tǒng)級(jí)控制層，其主要功能是根據(jù)電網(wǎng)電壓、頻率的變化情況，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備為實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定和阻尼控制目標(biāo)所需輸出的無(wú)功功率。該無(wú)功功率作為參考值下發(fā)到下一級(jí)(裝置級(jí))控制器，控制靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)出指定的無(wú)功功率。本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式
如圖5所示具體包括以下步驟1)在一個(gè)控制周期到來(lái)時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入電網(wǎng)點(diǎn)的電壓U和頻率F;并對(duì)電壓和頻率做標(biāo)么化處理，將接入點(diǎn)電壓等級(jí)(可為10kV，35kV，220kV等)作為
電壓基值Ubase，標(biāo)么化的電壓測(cè)量值Vp。。= U/Ubase,50Hz作為頻率基值fbase，標(biāo)么化的頻率測(cè)量值 fp。。= F/50 ；2)根據(jù)電壓測(cè)量值Vp。。和電壓參考值Vref計(jì)算保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量QMf v， 具體包括以下步驟(2. 1)計(jì)算電壓測(cè)量值Vp。。和電壓參考值VMf的差值A(chǔ)V，AV = Vp。。-VMf，其中Vref 一般情況下設(shè)為額定值1. Opu ；(2. 2)對(duì)電壓差信號(hào)ΔΥ進(jìn)行相位補(bǔ)償處理計(jì)算出補(bǔ)償后的電壓差信號(hào)AV。。mp ；
\ + T,s
相位補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)為其中s為復(fù)頻率，T1和T2分別為相位校正參數(shù)(其值根據(jù)
閉環(huán)控制系統(tǒng)相位閾度的要求選取，根據(jù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)的要求，一般可以選取 T1 = 0. 01 秒，T2 = 0. 03 秒)；(2. 3)根據(jù)Δ V。。mp和比例積分的傳遞函數(shù)，計(jì)算出電壓控制的初步控制量Qv ；比例積分的傳遞函數(shù)為&+*，其中s為復(fù)頻率，&和Tv分別為比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)，可選取 Kv = 4 10，Tv = 0. 005 0. 01 秒；(2. 4)對(duì)Qv進(jìn)行限幅處理，計(jì)算出電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量Arf v ；限幅的處理邏輯 ^ Qv > Qmaxl W Qref_v — Qmaxl ； ^ Qv ^ "Qmaxl W Qref_v — "^max 1 ‘ ^ "Qmaxl < Qv < Qmaxl W
Qref_v = Qv ；限幅處理的限幅值Qmaxl —般選為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的額定容量，Qfflaxl = 1. Opu ；3)根據(jù)頻率測(cè)量值fp。。和參考值fMf計(jì)算阻尼控制所需的無(wú)功量Arf f，具體包括以下步驟(3. 1)計(jì)算頻率測(cè)量值fpcx和頻率參考值fref的差值Δ f，Δ f = fpcx_fref，其中fref 一般情況下設(shè)為額定值1. Opu ；(3. 2)對(duì)頻差信號(hào)Δ f進(jìn)行相位補(bǔ)償處理，計(jì)算出補(bǔ)償后的頻差信號(hào)Δ f。。mp ；相位
1 + Ls
補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)為其中s為復(fù)頻率，T3和T4分別為相位校正參數(shù)(其值根據(jù)閉環(huán)
控制系統(tǒng)相位閾度的要求選取，根據(jù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)的要求，一般可以選取，T3 =0. 01 秒，T4 = 0. 03 秒)；(3. 3)根據(jù)信號(hào)Δ &。_和帶一階慣性延時(shí)的比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，計(jì)算出阻尼控
制的初步控制量Qf.實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)Δ ·。。ωρ的放大，同時(shí)濾去部分高頻噪聲，該傳遞函數(shù)為 Kf
YT^，其中S為復(fù)頻率，Kf和Tf分別為比例系數(shù)和慣性延時(shí)常數(shù)，可選取Kf = 2 5，Tv=0. 01 0. 05 秒；(3. 4)對(duì)％進(jìn)行限幅處理，計(jì)算出阻尼控制所需的無(wú)功量Qref f ；限幅頻差信號(hào) △f。。mp;相位補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)為^^，其中s為復(fù)頻率，頻差信號(hào)△ 。_;相位補(bǔ)償?shù)膫鬟f
函數(shù)為 Τ^，其中s為復(fù)頻率，的處理邏輯為當(dāng)A > Qmax2時(shí)，Qrefj = Qmax2 ；當(dāng)A < -Qmax2
時(shí)，Qrefj = -Qmax2 ；當(dāng)-Qmax2 < Qf < Qmax2時(shí)，Qrefj = Qf。限幅處理的限幅值一般可選為額定容量的0. 5-0. 8倍，即Qmax2 = 0. 5 0. Spu0用于阻尼的無(wú)功容量小于額定容量，可以防止阻尼控制引起母線過電壓；4)對(duì)接入點(diǎn)的電壓測(cè)量值\。。，電壓控制所需的無(wú)功量(^f v，阻尼控制所需的無(wú)功量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，按照以下條件判斷是否發(fā)生電壓控制和阻尼控制矛盾的情況，根據(jù)不同情況相應(yīng)選取最優(yōu)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出無(wú)功參考值(^f 條件一動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入點(diǎn)母線電壓Vp。。低于0. 9pu或高于1. Ipu值時(shí)，判定受控電網(wǎng)的電壓偏離穩(wěn)定狀態(tài)較大(此時(shí)電壓控制是首要目標(biāo)，因此將屏蔽阻尼控制)， 選取電壓輸出v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qref_v ；條件二 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入點(diǎn)母線電壓高于0.9pu而低于1. Ipu值時(shí)，按以下條件依次判斷阻尼控制與電壓控制之間是否存在矛盾條件A.如果電壓測(cè)量值Vpee與參考電壓Vref的差值Δ V小于-0. 05pu (即偏離穩(wěn)態(tài)電壓的最大許可值，該值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)整)，同時(shí)阻尼控制模塊的輸出f大于零 (這意味著電壓已跌落至穩(wěn)態(tài)允許值之下，而此時(shí)阻尼控制仍要求動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置吸收感性無(wú)功，可以判斷兩種控制模式對(duì)無(wú)功的需求存在矛盾)，此時(shí)以電壓控制為優(yōu)先，選取計(jì)算得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即Arf
—Qref_v°條件B.如果電壓測(cè)量值Vp。。與參考電壓VMf的差值Δ V大于0.05pu，同時(shí)阻尼控制處理得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量Qref—f小于0 (這意味著電壓已升高至穩(wěn)態(tài)允許值之上而同時(shí)阻尼控制卻要求動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)出容性無(wú)功，同樣的，可以判斷兩種控制模式對(duì)無(wú)功的需求存在矛盾，此時(shí)優(yōu)先保證電壓控制)，同樣選取計(jì)算得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qref_v ；條件C.若上述A和B兩種條件均不成立(則可判斷該時(shí)刻電壓控制和阻尼控制對(duì)無(wú)功的需求不存在矛盾，此時(shí)，為了保證阻尼控制的效果)，選取阻尼控制所需的無(wú)功量 Qrefj作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qrefj ；5)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功參考值A(chǔ)rf發(fā)送至下一級(jí)(裝置級(jí)控制器)進(jìn)行控制， 并等待下一個(gè)控制周期到來(lái)時(shí)轉(zhuǎn)步驟1)。至此，本發(fā)明提出的兼顧阻尼和電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)級(jí)協(xié)調(diào)控制任務(wù)全部完成。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于兼顧電力系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的控制要求，將受控母線電壓和頻率作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的控制輸入信號(hào)，在電壓控制和阻尼控制兩者出現(xiàn)矛盾的時(shí)候，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化算法，選取最優(yōu)的無(wú)功控制指令，防止阻尼控制引起電網(wǎng)電壓超標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟1)在一個(gè)控制周期到來(lái)時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入電網(wǎng)點(diǎn)的電壓U和頻率F； 并對(duì)電壓和頻率做標(biāo)么化處理，將接入點(diǎn)電壓等級(jí)作為電壓基值Ubase，標(biāo)么化的電壓測(cè)量值Vp。。= U/Ubase, 50Hz作為頻率基值fbase，標(biāo)么化的頻率測(cè)量值fp。。= F/50 ；2)根據(jù)電壓測(cè)量值Vp。。和電壓參考值計(jì)算保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量(^fv，3)根據(jù)頻率測(cè)量值fp。。和參考值fMf計(jì)算阻尼控制所需的無(wú)功量f；4)對(duì)接入點(diǎn)的電壓測(cè)量值Vp。。，電壓控制所需的無(wú)功量(^fv，阻尼控制所需的無(wú)功量 (Lf—f進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，按照以下條件判斷是否發(fā)生電壓控制和阻尼控制矛盾的情況，根據(jù)不同情況相應(yīng)選取最優(yōu)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出無(wú)功參考值(^f 條件一動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入點(diǎn)母線電壓Vpee低于0. 9pu或高于1. Ipu值時(shí)，判定受控電網(wǎng)的電壓偏離穩(wěn)定狀態(tài)較大，選取電壓輸作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，艮口 Qref = Qref ν ；條件二 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接入點(diǎn)母線電壓高于0. 9pu而低于1. Ipu值時(shí)，按以下條件依次判斷阻尼控制與電壓控制之間是否存在矛盾條件A.如果電壓測(cè)量值Vp。。與參考電壓的差值八￥小于-0.05 11，同時(shí)阻尼控制模塊的輸出f大于零，此時(shí)以電壓控制為優(yōu)先，選取計(jì)算得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qref_v ；條件B.如果電壓測(cè)量值Vp。。與參考電壓V,ef的差值八￥大于0.05 11，同時(shí)阻尼控制處理得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量f小于0，同樣選取計(jì)算得到的保持電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量v作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即(^f = Qref_v ；條件C.若上述A和B兩種條件均不成立，選取阻尼控制所需的無(wú)功量Arf f作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功參考值，即Arf = Qrefj ；5)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功參考值A(chǔ)rf發(fā)送至下一級(jí)進(jìn)行控制，并等待下一個(gè)控制周期到來(lái)時(shí)轉(zhuǎn)步驟1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟2、具體包括以下步驟(2. 1)計(jì)算電壓測(cè)量值Vp。。和電壓參考值Vref的差值Δ V，AV = Vp。。-VMf，其中VMf — 般情況下設(shè)為額定值1. Opu ；(2.2)對(duì)電壓差信號(hào)ΔΥ進(jìn)行相位補(bǔ)償處理計(jì)算出補(bǔ)償后的電壓差信號(hào)AV。。mp;相位 \ + T,s補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)為^V，其中s為復(fù)頻率，tI和L分別為相位校正參數(shù)；(2. 3)根據(jù)Δν。。ωρ和比例積分的傳遞函數(shù)，計(jì)算出電壓控制的初步控制量Qv ；比例積分的傳遞函數(shù)為&+;，其中s為復(fù)頻率，&和Tv分別為比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)，可選取Kv = 4 10，Tv = 0. 005 0. 01 秒；(2. 4)對(duì)Qv進(jìn)行限幅處理，計(jì)算出電壓穩(wěn)定所需的無(wú)功量Arf v ；限幅的處理邏輯為當(dāng)Qv〉Qmaxl W ？ Qref_v — Qmaxl ； ^ Qv ^ "Qmaxl W ？ Qref_v — "^max 1 ‘ ^ "Qmaxl < Qv < Qmaxl W ？ Qref_v —Qv ；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的額定容量作為限幅處理的限幅值Qmaxl。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟幻具體包括以下步驟(3. 1)計(jì)算頻率測(cè)量值fp。。和頻率參考值fref的差值A(chǔ)f, Af = fp。。-fMf，其中fMf設(shè)為額定值1. Opu ；(3. 2)對(duì)頻差信號(hào)Δ f進(jìn)行相位補(bǔ)償處理，計(jì)算出補(bǔ)償后的頻差信號(hào)Af。。mp;相位補(bǔ)償 的傳遞函數(shù)為
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制方法，屬于電力系統(tǒng)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域；該方法兼顧電力系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的控制要求，將受控母線電壓和頻率作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的控制輸入信號(hào)，在電壓控制和阻尼控制兩者出現(xiàn)矛盾的時(shí)候，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化算法，選取最優(yōu)的無(wú)功控制指令，防止阻尼控制引起電網(wǎng)電壓超標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電壓和阻尼協(xié)調(diào)控制。本發(fā)明該方法具有物理意義明晰、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，本發(fā)明所涉的兼顧電壓穩(wěn)定和阻尼控制的控制方法應(yīng)用于大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制時(shí)，可在有效阻尼低頻功率振蕩的同時(shí)確保接入點(diǎn)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H02J3/16GK102420430SQ201110391308
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者柳勇軍, 袁志昌, 許樹楷, 黎小林 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)