[發明專利]一種動態無功補償裝置接入輸電網的控制方法

有效

• 申請號: 201210337863.9
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102856911A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 袁志昌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/50
• 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: 羅文群

1.一種動態無功補償裝置接入輸電網的控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)當動態無功補償裝置的一個控制周期到來時，實時測量動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓有效值U_pcc和電流有效值I_pcc；

(2)當上述控制周期到來時，檢測動態無功補償裝置所在變電站內并聯電容和并聯電抗的開關狀態；

(3)設定動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓參考值U_ref，根據步驟(1)的電壓測量值U_pcc和電壓參考值U_ref，計算動態無功補償裝置暫態電壓控制模式時的無功功率參考值Q_TVR，具體包括以下步驟：

(3-1)計算上述電壓測量值U_pcc和電壓參考值U_ref的差值ΔU，ΔU=U_pcc-U_ref；

(3-2)利用相位補償傳遞函數：對電壓差值ΔU進行相位補償計算，得到相位補償后的電壓差信號ΔU_comp，其中s為相位補償傳遞函數中的復頻率算子，T₁和T₂分別為相位校正參數，T₁=0.01秒，T₂=0.03秒；

(3-3)利用比例積分傳遞函數：根據上述相位補償后的電壓差信號ΔU_comp計算動態無功補償裝置暫態電壓控制的無功功率需求值Q_V，其中s為比例積分傳遞函數中的復頻率算子，K_v為比例系數，取值為K_v=4～10，T_v為積分時間常數，T_v=0.005～0.01秒；

(3-4)設定動態無功補償裝置無功功率的限幅值Q_max1，將上述無功功率需求值Q_V與無功功率的限幅值Q_max1進行比較，當Q_v>Q_max1時，使動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_TVR=Q_max1，當Q_v<-Q_max1時，動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_TVR=-Q_max1，當-Q_max1<Q_v<Q_max1時，動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_TVR=Q_v；

(4)接收輸電網調度中心通過網絡發送的自動電壓調節的無功功率需求值Q_RCR，將該需求值Q_RCR作為遠方控制模式的無功功率參考值；

(5)根據上述動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓測量值U_pcc和電壓參考值U_ref，計算動態無功補償裝置穩態調壓模式的無功功率參考值Q_CVR，具體包括以下步驟：

(5-1)設定動態無功補償裝置穩態調壓模式的電壓參考值的無功功率參考值U_ref2，計算動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓測量值U_pcc和電壓參考值U_ref2的電壓差值ΔU₂，ΔU₂=U_pcc-U_ref2，其中U_ref2的取值為：若U_pcc<0.95pu，則使U_ref2=0.95pu，若U_pcc>1.05pu，則使U_ref2=1.05pu，若0.95pu<U_pcc<1.05pu，則使U_ref2=U_pcc，pu表示動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的額定電壓標幺值；

(5-2)利用相位補償傳遞函數：對上述電壓差值ΔU₂進行相位補償計算，得到相位補償后的電壓差信號ΔU_comp2，其中s為相位補償傳遞函數的復頻率算子，T₃和T₄分別為相位校正參數，T₃=0.01秒，T₄=0.03秒；

(5-3)利用比例積分傳遞函數：根據上述相位補償后的電壓差信號ΔU_comp2，計算得到動態無功補償裝置穩態調壓模式的無功功率需求值Q_V2；其中s為比例積分傳遞函數中的復頻率算子，K_v2為比例系數，K_v2=1～2，T_v2為積分時間常數，T_v2=0.1～0.2秒；

(5-4)設定動態無功補償裝置穩態調壓模式的容性無功功率限幅值Q_maxC和感性無功功率限幅值Q_maxL，將上述動態無功補償裝置穩態調壓模式的無功功率需求值Q_V2與Q_maxC和Q_maxL進行比較，若Q_v2>Q_maxL，則Q_CVR=Q_maxL，若Q_v2<-Q_maxC，則Q_CVR=-Q_maxC，若-Q_maxC<Q_v2<Q_maxL，則Q_CVR=Q_v2，其中容性無功功率限幅值Q_maxC和感性無功功率限幅值Q_maxL的設定方法如下：

(5-4-1)設動態無功補償裝置所在輸電網變電站內并聯電容器的單組容量為Q_C，動態無功補償裝置所在輸電網變電站內并聯電抗器的單組容量為Q_L；

(5-4-2)初始化時，設定容性無功功率限幅值Q_maxC=Q_C，感性無功功率限幅值Q_maxL=Q_L，設定動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的穩態調壓模式的電壓上限值為1.05pu，下限值為0.95pu，將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與上限值和下限值進行比較：

(5-4-2-1)若0.95pu<U_pcc<1.05pu，則進行步驟(6)，

(5-4-2-2)若U_pcc≤0.95pu，則：

(5-4-2-2-1)使容性無功功率限幅值Q_maxC=Q_C，感性無功功率限幅值Q_maxL=Q_L，同時對動態無功補償裝置接入輸電網的變電站發出投入一組電容器的指令；

(5-4-2-2-2)繼續將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與下限值進行比較，若U_pcc≤0.95pu，則對動態無功補償裝置接入輸電網的變電站發出投入一組電容器的指令，重復步驟(5-4-2-2-1)和(5-4-2-2-2)，直至變電站內所有電容器全部投入；

(5-4-2-2-3)將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與下限值進行比較，若U_pcc≤0.95pu，則對容性無功功率限幅值Q_maxC進行判斷，若Q_maxC≤0.5pu，則使當前容性無功功率限幅值Q_maxC在上次值的基礎上增加一組電容器的容量，即，使Q_maxC(本次)=Q_maxC(前次)+Q_C，并進入步驟(5-4-2-2-4)，若Q_maxC>0.5pu，則使容性無功限幅值Q_maxC=0.5pu，并進入步驟(6)；

(5-4-2-2-4)將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與下限值進行比較，若U_pcc≤0.95pu，則重復步驟(5-4-2-2-3)和(5-4-2-2-4)，若U_pcc>0.95pu，則進入步驟(6)；

(5-4-2-3)若U_pcc≥1.05pu，則：

(5-4-2-3-1)使容性無功功率限幅值Q_maxC=Q_C，感性無功功率限幅值Q_maxL=Q_L，同時對動態無功補償裝置接入輸電網的變電站發出投入一組電抗器的指令；

(5-4-2-3-2)繼續將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與上限值進行比較，若U_pcc≥1.05pu，則對動態無功補償裝置接入輸電網的變電站發出投入一組電抗器的指令，重復步驟(5-4-2-3-1)和(5-4-2-3-2)，直至變電站內所有電抗器全部投入；

(5-4-2-3-3)將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與上限值進行比較，若U_pcc≥1.05pu，則對容性無功功率限幅值Q_maxL進行判斷，若Q_maxL?0.5pu，則使當前容性無功功率限幅值Q_maxL在上次值的基礎上增加一組電容器的容量，即，使Q_maxL(本次)=Q_maxL(前次)+Q_L，并進入步驟(5-4-2-3-4)，若Q_maxL>0.5pu，則使感性無功限幅值Q_maxL=0.5pu，并進入步驟(6)；

(5-4-2-3-4)將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓U_pcc與上限值進行比較，若U_pcc≥1.05pu，則重復步驟(5-4-2-3-3)和(5-4-2-3-4)，若U_pcc<1.05pu，則進入步驟(6)；

(6)設定動態無功補償裝置的恒無功輸出模式的無功功率參考值Q_CQR，取值范圍為0～0.1pu的感性無功功率值；

(7)根據上述動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓測量值U_pcc和電流測量值I_pcc，計算動態無功補償裝置阻尼控制模式的無功功率參考值Q_DR，具體包括以下步驟：

(7-1)設定輸電網的受控輸電線路的有功功率參考值為P_ref，其中P_ref取值為輸電網穩態運行時受控輸電線路傳輸的有功功率，計算輸電網的受控輸電線路的有功功率值為得到輸電網穩態運行時受控輸電線路的有功功率P_line與有功功率參考值P_ref的差值ΔP，ΔP=P_line-P_ref；

(7-2)利用相位補償傳遞函數對上述差值ΔP進行相位補償處理，計算得到相位補償后的有功功率差值ΔP_comp，其中s為復頻率，T5和T6分別為相位校正參數，取值為：T₅=0.01秒，T₆=0.03秒；

(7-3)利用帶一階慣性延時的比例環節傳遞函數根據相位補償后的有功功率差值ΔP_comp和，計算得到動態無功補償裝置阻尼控制模式的無功功率需求量Q_f，其中s為比例環節傳遞函數的復頻率算子，K_f和T_f的取值分別為K_f＝2～5，T_v=0.01～0.05秒；

(7-4)設定動態無功補償裝置阻尼控制模式的無功功率的限幅值Q_max2，將上述阻尼控制模式的無功功率需求量Q_f與Q_max2進行比較，若Q_f>Q_max2，則使動態無功補償裝置阻尼控制模式的無功功率參考值Q_DR=Q_max2，若Q_f<-Q_max2，則Q_DR=-Q_max2；若-Q_max2<Q_f<Q_max2，則QD_R=Q_f，其中無功功率的限幅值Q_max2的取值為Q_max2=0.2pu；

(8)根據動態無功補償裝置接入輸電網的并網點的電壓有效值U_pcc，判斷動態無功補償裝置的運行模式，并根據運行模式，計算動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_ref，并判斷動態無功補償裝置的脈沖運行狀態，具體包括以下步驟：

(8-1)若動態無功補償裝置的上一個控制周期為閉鎖脈沖狀態，則進行步驟(8-2)，若動態無功補償裝置的上一個控制周期為解鎖脈沖狀態，則進入步驟(8-3)；

(8-2)設定動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的解鎖脈沖閾值為0.4pu，將動態無功補償裝置接入輸電網的并網點的電壓有效值U_pcc與解鎖脈沖閾值進行比較，若U_pcc<0.4pu，則判定動態無功補償裝置接入輸電網處并網點近端發生短路故障，并使動態無功補償裝置在閉鎖脈沖狀態運行，結束本控制周期；若U_pcc≥0.4pu，則使動態無功補償裝置在解鎖脈沖狀態運行，并進行步驟(8-4)；

(8-3)設定動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的閉鎖脈沖閾值為0.3pu，若U_pcc<0.3pu，則判定動態無功補償裝置加入輸電網并網點近端發生短路故障，并使動態無功補償裝置在閉鎖脈沖狀態運行，結束本控制周期；若U_pcc≥0.3pu，則使動態無功補償裝置在解鎖脈沖狀態運行，并進入步驟(8-4)；

(8-4)設定一個動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的電壓下降速度閾值Ku，Ku取值為2pu/s～3pu/s，并設定動態無功補償裝置暫態電壓控制模式的電壓閾值為0.9pu，將動態無功補償裝置接入輸電網處并網點電壓與動態無功補償裝置暫態電壓控制模式的電壓閾值比較，若U_pcc<0.9pu，或動態無功補償裝置接入輸電網處并網點電壓的下降速度dU/dt>Ku，則判定輸電網發生暫態電壓跌落，使動態無功補償裝置裝置進入暫態電壓控制模式，并進行步驟(8-7)，若U_pcc≥0.9pu，且動態無功補償裝置接入輸電網處并網點電壓的下降速度dU/dt<Ku，則進行步驟(8-5)，其中動態無功補償裝置接入輸電網處并網點電壓的下降速度dU/dt=(U_pcc(N)-U_pcc(N-1))/ΔT，N為控制周期，ΔT為相鄰兩個控制周期的時間間隔；

(8-5)對輸電網調度中心調度員設定的遠方控制模式進行判斷，若設定了遠方控制模式，則進行步驟(8-8)，若沒有設定遠方控制模式，則進行步驟(8-6)；

(8-6)對動態無功補償裝置接入輸電網處并網點電壓U_pcc與動態無功補償裝置接入輸電網處并網點的穩態調壓模式的電壓上限值和下限值進行比較，若0.95pu<U_pcc<1.05pu，則進行步驟(8-9)，若U_pcc≤0.95pu，或U_pcc≥1.05pu，則進行步驟(8-10)；

(8-7))對輸電網調度中心調度員設定的阻尼控制模式的使能狀態進行判斷，若設定為使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_TVR+Q_DR，進入步驟(8-11)，若設定為非使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_TVR，進入步驟(8-11)；

(8-8)對輸電網調度中心調度員設定的阻尼控制模式的使能狀態進行判斷，若設定為使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_RCR+Q_DR，進行步驟(8-11)，若設定為非使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_RCR，進行步驟(8-11)；

(8-9)對輸電網調度中心調度員設定的阻尼控制模式的使能狀態進行判斷，若設定為使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_CQR+Q_DR，進入步驟(8-11)，若設定為非使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_CQR，進入步驟(8-11)；

(8-10)對輸電網調度中心調度員設定的阻尼控制模式的使能狀態進行判斷，若設定為使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_CVR+Q_DR，進行步驟(8-11)，若設定為非使能狀態，則使動態無功補償裝置的初始無功功率參考值為Q_ref1＝Q_CVR，進入步驟(8-11)；

(8-11)設定動態無功補償裝置的無功功率參考值的上限值為1.0pu，下限值為-1.0pu，將Q_ref1與無功功率參考值的上限值和下限值進行比較，若Q_ref1≥1.0pu，則使動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_ref＝1.0pu，若Q_ref1≤-1.0pu，則使動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_ref＝-1.0pu，若-1.0pu<Q_ref1<1.0pu，則使動態無功補償裝置的無功功率參考值Q_ref＝Q_ref1，將Q_ref作為動態無功補償裝置的輸出無功功率參考值，結束本控制周期。