[發明專利]動態無功補償裝置的電壓和阻尼協調控制方法

有效

• 申請號: 201110391308.X
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102420430A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 袁志昌;許樹楷;柳勇軍;黎小林
• 申請（專利權）人: 清華大學;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于電力系統的電網穩定控制技術領域，特別涉及一種動態無功補償設備的系統級控制方法。

背景技術

動態無功補償裝置是現代電力電子技術在電力系統中的典型應用，包括以晶閘管為開關器件的靜止無功補償器(SVC)和以可關斷器件(IGBT，IGCT)為開關器件的靜止同步無功發生器(STATCOM)，這些設備應用于電網可以幫助電網實現動態無功連續調節、提高電網電壓穩定水平、抑制線路低頻功率振蕩，是電網實現可控化和智能化的主要手段之一。

從國內外應用情況看，動態無功補償裝置主要應用于提高受端負荷中心的無功支撐和電壓穩定控制，在這種場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，首先采集動態無功補償裝置接入電網點的電壓V_pcc，計算V_pcc與參考電壓V_ref的差值ΔV；該差值ΔV經過超前滯后校正，計算出幅值-相位特性調整后的信號ΔV_comp；最后，將ΔV_comp通過PI調節計算出所需的無功功率指令值Q_ref。

隨著研究的深入和應用的推廣，利用動態無功補償裝置抑制低頻功率振蕩的研究受到關注。低頻功率振蕩的發生會到危及電力系統的穩定運行，隨著大區電網的互聯和電力系統規模的擴大，低頻振蕩日趨嚴重，且出現了頻率更低、危害更大的區間低頻振蕩現象，對動態無功補償裝置進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所示是最簡單的利用動態無功補償裝置抑制低頻功率振蕩的控制方法，這種方法中，首先采集動態無功補償裝置接入電網點的頻率f_pcc，計算f_pcc與參考頻率f_ref的差值Δf；該差值Δf利用一階慣性函數計算出信號Δf_d，Δf_d經過超前滯后校正，計算出幅值-相位特性調整后的信號Δf_comp；最后，Δf_comp根據帶限幅的增益計算出所需的無功功率指令值Q_ref。其基本原理是根據受控線路的功率或頻率的變化，按照簡單的PI反饋控制器調節無功補償裝置的輸出，通過實時改變接入點的電壓來調節線路的傳輸功率，當線路傳輸功率降低時，使無功補償裝置發出容性無功、支撐母線電壓以提高傳輸功率，相反當線路傳輸功率增大時，使無功補償裝置吸收感性無功、降低母線電壓以降低傳輸功率。

這種控制方法存在一個最大的問題，抑制線路低頻功率振蕩的同時可能造成接入點母線電壓的振蕩。這是因為線路傳輸有功功率降低時，消耗無功功率相應降低，接入點母線電壓會升高，此時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功實現的，然而容性無功的注入會進一步提高接入點電壓；類似的，當線路傳輸功率增加時，接入點電壓會隨著線路消耗的無功功率增加而降低，圖2所示的控制方法要求無功補償裝置吸收感性無功，這將進一步降低系統電壓。圖3所示的仿真結果反映了上述現象，圖3(a)中的曲線為接入動態無功補償裝置之前(圖中的虛線曲線)和之后(圖中的實線曲線)母線頻率的變化，可以看出按照圖2所示方案控制的動態無功補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母線電壓的振蕩，這對保持電網的電壓穩定是非常不利的。可見，動態無功補償裝置雖然可以同時應用于提高電壓穩定和抑制低頻功率振蕩，但是簡單的采用圖2所示的控制方法不能同時兼顧這兩種存在矛盾的控制目標。

圖4為另外一種常見的動態無功補償裝置抑制低頻功率振蕩的方法。這種方法中，首先檢測振蕩線路的頻率值，與計算該頻率與參考頻率的差值Δf，Δf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V_damp，將該附加分量V_damp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，當線路發生低頻功率振蕩時，電壓分量相對較小，功率振蕩分量占據主導，其控制效果類似于圖2所示的方法，同樣無法避免阻尼控制對電壓穩定控制的負面影響。