本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于靜止同步補(bǔ)償器的電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法。

背景技術(shù)：

近年來我國電網(wǎng)正向大規(guī)?；ヂ?lián)系統(tǒng)發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相比原來的孤立電網(wǎng)發(fā)生了較大改變。大容量發(fā)電廠在系統(tǒng)中所占規(guī)模變大，互聯(lián)系統(tǒng)輸電距離較長，局部電網(wǎng)發(fā)電量與用電量不平衡，形成了明顯的送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)。大容量發(fā)電廠或大功率輸電線路的切除會造成局部電網(wǎng)有功、無功功率不平衡的問題，尤其對于受端電網(wǎng)，它在功率缺額嚴(yán)重時將導(dǎo)致全網(wǎng)的頻率電壓崩潰。因此，電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)的控制方法至關(guān)重要。

目前，電力系統(tǒng)緊急控制方法主要有解列控制、切機(jī)、切負(fù)荷、強(qiáng)勵控制、快關(guān)汽門以及電氣制動等。

(1)解列控制：解列控制的代價較大，一般在其他緊急控制方法不能有效保證電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性時將電力系統(tǒng)分解成孤島電網(wǎng)進(jìn)行控制。該方法的不足之處在于實(shí)際電力系統(tǒng)中難以找到理想的解列點(diǎn)，復(fù)雜電力系統(tǒng)中存在多個解列點(diǎn)也為解列點(diǎn)的選擇帶來問題。此外，解列后的孤立電網(wǎng)一般處于振蕩狀態(tài)，需要進(jìn)一步采取其他緊急控制方法配合解列控制方案從而保持各孤立電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)切機(jī)：若電力系統(tǒng)備用容量充足，在頻率電壓較高時切除部分發(fā)電機(jī)，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。該方法的缺點(diǎn)是如果切除發(fā)電機(jī)的容量過大，會導(dǎo)致系統(tǒng)頻率電壓過分下降，最終系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。

(3)切負(fù)荷：在電力系統(tǒng)頻率電壓處于較低水平時切除一定量的負(fù)荷，從而保證系統(tǒng)有功、無功功率的平衡，進(jìn)而保證頻率電壓穩(wěn)定性。切機(jī)切負(fù)荷措施是提升電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的有效措施，該方法的缺點(diǎn)在于切機(jī)切負(fù)荷時間、地點(diǎn)以及數(shù)量的制定。此外，電力系統(tǒng)有功、無功功率互相耦合，低頻低壓問題往往伴隨出現(xiàn)，如何建立綜合考慮頻率電壓特性的切負(fù)荷措施有待研究。

(4)強(qiáng)勵控制：在系統(tǒng)發(fā)生故障后的暫態(tài)穩(wěn)定過程中，強(qiáng)行使發(fā)電機(jī)在一段特定的時間處于強(qiáng)勵狀態(tài)，用勵磁控制為發(fā)電機(jī)提供一個額外的同步轉(zhuǎn)矩，以保證系統(tǒng)發(fā)生故障使端電壓降低時提高發(fā)電機(jī)電動勢，從而增加發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率。該方法的難點(diǎn)在于強(qiáng)勵幅度與啟停時間的合理控制。

(5)快關(guān)汽門：通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的調(diào)速器，在系統(tǒng)故障時快速地減小原動機(jī)輸出的機(jī)械功率，減小加速面積，增大可能的減速面積，并在功角減小時重新開放汽門從而減小發(fā)電機(jī)振蕩幅度。該方法只能應(yīng)用于汽輪機(jī)，水輪機(jī)存在水錘現(xiàn)象導(dǎo)致不能快速關(guān)閉進(jìn)水門。

(6)電氣制動：發(fā)電機(jī)有功功率過剩時投入制動電阻消耗多余的有功功率，增加發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率從而減少功率差額。這種方法需要合理選擇制動電阻的大小以及投切時間，否則會發(fā)生欠制動與過制動。

盡管有了這些緊急控制方法，頻率、電壓崩潰導(dǎo)致的大停電事故仍然時有發(fā)生，其原因在于各種緊急控制策略均存在一定的局限性?？傮w來說，對于電力系統(tǒng)緊急控制方法，目前尚缺少一種兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性的緊急控制輔助措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于靜止同步補(bǔ)償器的電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法，包括以下步驟：

步驟1、收集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)元件參數(shù)、負(fù)荷信息；

步驟2、檢測靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)頻率、電壓，計算該節(jié)點(diǎn)頻率及電壓的變化率，判斷暫態(tài)失穩(wěn)類別；

步驟3、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率主導(dǎo)的暫態(tài)失穩(wěn)，靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)入緊急控制模式，根據(jù)所述電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及節(jié)點(diǎn)頻率、電壓信息，獲得靜止同步補(bǔ)償器吸收的無功容量；

通過計算靜止同步補(bǔ)償器頻率偏差，經(jīng)過超前滯后環(huán)節(jié)、PID控制環(huán)節(jié)以及無功電流限幅環(huán)節(jié)得到靜止同步補(bǔ)償器輸出的無功電流，從而得到靜止同步補(bǔ)償器的無功補(bǔ)償容量。其中，超前滯后環(huán)節(jié)、PID控制環(huán)節(jié)參數(shù)根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況確定。當(dāng)無功調(diào)節(jié)需求超出靜止同步補(bǔ)償器無功容量范圍時，最大限度投入靜止同步補(bǔ)償器并采用其他緊急控制措施保證電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

步驟4、當(dāng)系統(tǒng)從所述暫態(tài)頻率失穩(wěn)恢復(fù)，靜止同步補(bǔ)償器恢復(fù)到維持節(jié)點(diǎn)電壓的工作模式；靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)頻率作為靜止同步補(bǔ)償器恢復(fù)正常工作模式的判據(jù)：

f>f_ref2

f_ref2為所述靜止同步補(bǔ)償器從緊急控制模式退出判據(jù)的頻率參考值，為了避免緊急控制方法的過調(diào)，f_ref2略低于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的頻率。

所述步驟2中判斷電力系統(tǒng)受端電網(wǎng)暫態(tài)失穩(wěn)類別的具體過程為

根據(jù)所述頻率、電壓判據(jù)，判斷電力系統(tǒng)暫態(tài)過程是否為低頻問題：

其中，f、V為靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)檢測到的頻率、電壓；為頻率變化率、為電壓變化率；f_ref1為頻率參考值，將其設(shè)置為低頻減載裝置動作頻率；Δf_ref為頻率變化率參考值；V_ref為電壓參考值，略低于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的電壓；ε為一個趨近于零的數(shù)，考慮到實(shí)際系統(tǒng)檢測裝置含有誤差，dV/dt在[-ε,+ε]區(qū)間內(nèi)時認(rèn)為電壓變化率為零，表示暫態(tài)電壓下降到最低點(diǎn)；電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中頻率變化滯后于電壓，電壓變化率趨近于零時，若電壓仍處于正常運(yùn)行范圍而頻率大幅下降且下降速度快，則認(rèn)為電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程屬于受端電網(wǎng)低頻問題，即系統(tǒng)發(fā)生頻率主導(dǎo)的暫態(tài)失穩(wěn)。

有益效果

本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法，采用靜止同步補(bǔ)償器無功調(diào)節(jié)的措施，提升了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，提高靜止同步補(bǔ)償器利用效率。該緊急控制措施代價較小，兼顧了緊急控制方案的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法一種應(yīng)用環(huán)境圖；

圖2為本發(fā)明的電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法的一種實(shí)現(xiàn)方式示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制方法可應(yīng)用于如圖1所示的電力系統(tǒng)中，在所述電力系統(tǒng)中，靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)穩(wěn)態(tài)時處于正常工作狀態(tài)，通過無功調(diào)節(jié)控制節(jié)點(diǎn)電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率主導(dǎo)的暫態(tài)失穩(wěn)，頻率下降幅度大而電壓處于正常范圍，靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)入本發(fā)明提出的緊急控制模式。

圖2是本發(fā)明的電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法的流程示意圖。

所述電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法，包括以下步驟：

收集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)元件參數(shù)、負(fù)荷信息；

檢測故障后靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)頻率、電壓，計算該節(jié)點(diǎn)頻率及電壓變化率，判斷暫態(tài)失穩(wěn)類別；

根據(jù)所述頻率、電壓判據(jù)，判斷電力系統(tǒng)暫態(tài)過程是否為低頻問題：

其中，f、V為靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)檢測到的頻率、電壓；為頻率變化率、為電壓變化率；f_ref1為頻率參考值，將其設(shè)置為低頻減載裝置動作頻率；Δf_ref為頻率變化率參考值；V_ref為電壓參考值，略低于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的電壓；ε為一個趨近于零的數(shù)，考慮到實(shí)際系統(tǒng)檢測裝置含有誤差，dV/dt在[-ε,+ε]區(qū)間內(nèi)時認(rèn)為電壓變化率為零，表示暫態(tài)電壓下降到最低點(diǎn)；電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中頻率變化滯后于電壓，電壓變化率趨近于零時，若電壓仍處于正常運(yùn)行范圍而頻率大幅下降且下降速度快，則認(rèn)為電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程屬于受端電網(wǎng)低頻問題，即系統(tǒng)發(fā)生頻率主導(dǎo)的暫態(tài)失穩(wěn)。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率主導(dǎo)的暫態(tài)失穩(wěn)，靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)入緊急控制模式，根據(jù)所述電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及節(jié)點(diǎn)頻率電壓信息，獲得靜止同步補(bǔ)償器吸收的無功容量。由于電力系統(tǒng)含有大量恒阻抗負(fù)荷，無功負(fù)荷變大將造成節(jié)點(diǎn)電壓降低，有功功率缺額減少，系統(tǒng)頻率回升；

當(dāng)系統(tǒng)從所述暫態(tài)頻率失穩(wěn)恢復(fù)，靜止同步補(bǔ)償器恢復(fù)到維持節(jié)點(diǎn)電壓的工作模式。本發(fā)明采用靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)頻率作為靜止同步補(bǔ)償器恢復(fù)正常工作模式的判據(jù)：

f>f_ref2

f_ref2為所述靜止同步補(bǔ)償器從緊急控制模式退出判據(jù)的頻率參考值，為了避免緊急控制方法的過調(diào)，f_ref2略低于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的頻率。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法的一種實(shí)現(xiàn)方式示意圖。

本發(fā)明提出基于頻率的靜止同步補(bǔ)償器無功補(bǔ)償容量計算方法，通過計算靜止同步補(bǔ)償器頻率偏差，經(jīng)過超前滯后環(huán)節(jié)、PID控制環(huán)節(jié)以及無功電流限幅環(huán)節(jié)得到靜止同步補(bǔ)償器輸出的無功電流，從而得到靜止同步補(bǔ)償器的無功補(bǔ)償容量。其中，超前滯后環(huán)節(jié)、PID控制環(huán)節(jié)參數(shù)根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況確定。當(dāng)無功調(diào)節(jié)需求超出靜止同步補(bǔ)償器無功容量范圍時，最大限度投入靜止同步補(bǔ)償器并采用其他緊急控制措施保證電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

f_ref3為電力系統(tǒng)頻率參考值，一般設(shè)置為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行頻率；T₁、T₂分別為超前、滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)；I_Cmax、I_Lmax為靜止同步補(bǔ)償器最大容性、感性電流；I_S為靜止同步補(bǔ)償器實(shí)際輸出的無功電流。

本發(fā)明通過靜止同步補(bǔ)償器所在節(jié)點(diǎn)頻率電壓及其變化率，判斷電力系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)類別，建立電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)輔助控制方法，能以較低成本實(shí)現(xiàn)暫態(tài)無功功率的快速、連續(xù)調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。