CN107910870B - 一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法及装置 - Google Patents
一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法及装置,该控制方法包括:根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式;在选择的补偿模式下,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,以及按照设定时间先后顺序控制分布式静止串联补偿器退出运行。本发明在分布式静止串联补偿器投退过程中,控制分布式静止串联补偿器顺序投退,即按照时间先后顺序投入或退出分布式静止串联补偿器,实现分布式静止串联补偿器的集群控制,有效减小了投退过程中对***造成的冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法及装置,属于柔***流输电技术领域。
背景技术
随着用电需求的不断增加,电力***负荷日益增加,已有的电网结构输电线路容量有限,导致某些线路的潮流经常超过其热容量极限,进而限制***的电能传输能力。提高整个***传输能力的传统方法是增设输电线路,然而建设新线路耗时长、耗资大,所以更明智的方法是使用柔***流输电技术(Flexible AC transmission system,FACTS)来调节线路潮流分配,用更加经济的方法解决上述问题。
FACTS设备可以调节线路潮流,使超过热容量极限的线路潮流分散到其他线路,避免线路过载运行,进而减少对新增线路的需求。但是FACTS设备已经研究了十多年,却仍然没有被大规模推广应用,这是由于其本身的高造价、高风险导致的。由于FACTS设备都是大容量设备,所以一次性投资要求高,投资回报慢。而且大容量集中式串联补偿设备一旦出现故障,会影响整个***的稳定性,所以这些固有缺点严重限制了FACTS的发展。
为了避免FACTS设备的上述缺点,美国学者Divan博士在2004年召开的IEEE电力***研讨与博览会上提出了分布式柔***流输电***(Distributed Flexible ACTransmission System,D-FACTS)的新型柔***流输电***概念。D-FACTS技术是利用大量小功率的单相补偿设备分散安装在线路上,通过对大量设备的集群协调控制,实现集中式FACTS设备的补偿功能。D-FACTS设备是一批低功率等级,具有更强商业开发价值的补偿设备。
分布式静止串联补偿器(Distributed Static Series Compensator,DSSC)则是D-FACTS家族中的重要一员,其将小容量串联补偿设备通过变压器耦合的方式串联在输电线路上,分散安装在每相线路中,通过大量分布式单元的协调控制来调节线路阻抗,实现对线路潮流的控制。该控制器体积小、重量轻,所以可以直接挂在输电线路或杆塔上,无须占地安装,是一种实用性很高的新型潮流控制器。
DSSC直流侧只有电容,无其他电源,因此开始运行前需要通过交流侧从线路获取能量为直流侧充电,此过程不可避免要从线路吸收有功功率,若一条线路中的同一相的多个DSSC同时从线路吸收功率为直流侧电容充电,则会对线路潮流造成较大冲击,引起线路电压畸变。同理,若一相中的DSSC同时退出,也会突然造成较大功率波动。而目前,尚未有研究成果对避免DSSC运行于过低电压的协调控制方法以及避免DSSC同时充电或同时退出的有序控制策略进行详细阐述。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法及装置,用于解决多个分布式静止串联补偿器投退过程中对***冲击较大的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法,包括以下方案:
方法方案一:步骤如下:
根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式;
在选择的补偿模式下,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,以及按照设定时间先后顺序控制分布式静止串联补偿器退出运行。
方法方案二:在方法方案一的基础上,所述补偿模式包括补偿功率模式、补偿电压模式和补偿阻抗模式;当要求该条线路调节线路有功潮流时,选择为补偿功率模式;当要求调节该条线路末端电压时,选择为补偿电压模式;当检测到线路发生短路故障时,选择为补偿阻抗模式。
方法方案三、四:分别在方法方案一、二的基础上,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:将分布式静止串联补偿器从开始充电至开始调节线路潮流所需时间作为一个时间间隔,在每个时间间隔投入设定数目的分布式静止串联补偿器。
方法方案五、六:分别在方法方案三、四的基础上,在每个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目为:
其中,Mi为第i个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目,Pcom为每个分布式静止串联补偿器投入后运行在容性补偿模式使线路潮流增加的功率,Pch为每个分布式静止串联补偿器在充电阶段的吸收功率,round(Pcom/Pch)表示对Pcom/Pch取整,Mx为之前的第x个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的数目。
方法方案七、八:分别在方法方案一、二的基础上,按照设定时间先后顺序退出投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:每次退出一个分布式静止串联补偿器,在前一个分布式静止串联补偿器退出指令发出后经过设定延时时间再发出下一个分布式静止串联补偿器退出指令。
本发明还提供了一种分布式静止串联补偿器的投退控制装置,包括以下方案:
装置方案一:包括处理器,所述处理器用于处理指令以实现如下方法:
根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式;
在选择的补偿模式下,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,以及按照设定时间先后顺序控制分布式静止串联补偿器退出运行。
装置方案二:在装置方案一的基础上,所述补偿模式包括补偿功率模式、补偿电压模式和补偿阻抗模式;当要求该条线路调节线路有功潮流时,选择为补偿功率模式;当要求调节该条线路末端电压时,选择为补偿电压模式;当检测到线路发生短路故障时,选择为补偿阻抗模式。
装置方案三、四:分别在装置方案一、二的基础上,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:将分布式静止串联补偿器从开始充电至开始调节线路潮流所需时间作为一个时间间隔,在每个时间间隔投入设定数目的分布式静止串联补偿器。
装置方案五、六:分别在装置方案三、四的基础上,在每个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目为:
其中,Mi为第i个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目,Pcom为每个分布式静止串联补偿器投入后运行在容性补偿模式使线路潮流增加的功率,Pch为每个分布式静止串联补偿器在充电阶段的吸收功率,round(Pcom/Pch)表示对Pcom/Pch取整,Mx为之前的第x个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的数目。
装置方案七、八:分别在装置方案一、二的基础上,按照设定时间先后顺序退出投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:每次退出一个分布式静止串联补偿器,在前一个分布式静止串联补偿器退出指令发出后经过设定延时时间再发出下一个分布式静止串联补偿器退出指令。
本发明的有益效果是:
在分布式静止串联补偿器投退过程中,控制分布式静止串联补偿器顺序投退,即按照时间先后顺序投入或退出分布式静止串联补偿器,实现分布式静止串联补偿器的集群控制,有效减小了投退过程中对***造成的冲击。
将分布式静止串联补偿器从开始充电至开始调节线路潮流所需时间作为一个时间间隔,在每个时间间隔投入设定数目的分布式静止串联补偿器,也就是在前一批补偿器开始调节线路潮流后再投入下一批补偿器,可以在尽量缩短投入过程总耗时的前提下同时实现减少对***冲击的目标。
附图说明
图1是分布式静止串联补偿器控制***的结构示意图;
图2是***级控制器的控制结构框图;
图3是分布式静止串联补偿器顺序投退逻辑的流程图;
图4是分布式静止串联补偿器的拓扑结构图;
图5是装置级控制器的控制结构框图。
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,以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供了一种分布式静止串联补偿器控制***,其结构示意图如图1所示,包括***级控制器和装置级控制器,其中每条线路配置一个***级控制器,并将该***级控制器安装于变电站中;线路中的每个分布式静止串联补偿器(DSSC)配置一个装置级控制器,并将该装置级控制器安装于每个DSSC装置内。其中,***级控制器用于接收电力***调度指令,并根据该调度指令选择DSSC补偿模式,采用顺序投退方式控制该线路多个DSSC的投退,并以提高DSSC运行效率为原则控制DSSC投入个数,为每个DSSC分配控制指令;装置级控制器用于接收***控制层的控制指令,并根据该控制指令实现DSSC的投退控制。
由于每个DSSC均分布在线路上,与***级控制器距离较远,因此***级控制器和装置级控制器采用无线通信方式实现通信连接,并用于处理指令以实现一种分布式静止串联补偿器的控制方法,包括以下步骤:
(1)根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式。
也就是,***级控制器可以实现补偿功率模式、补偿电压模式和补偿阻抗模式的切换,当调度指令要求该条线路调节线路有功潮流时,选择为补偿功率模式;当调度指令要求调节该条线路末端电压时,选择为补偿电压模式;当检测到线路发生短路故障时,选择为补偿阻抗模式。
(2)在选择的补偿模式下,计算线路中分布式静止串联补偿器需要输出的总补偿电压Uref,进而确定该条线路中需要投入的分布式静止串联补偿器的数目n。
其中,如图2所示,在补偿功率模式下,将来自调度的有功指令Pref与线路有功采样值Pline的积分值作差后,经PI调节器计算出该条线路所有DSSC应输出的总补偿电压Uref;在电压补偿模式下,将来自调度的该线路需补偿的电压指令Uref_tot与该线路所有DSSC实际输出的电压之和Utot的积分值作差后,经PI调节器计算出该条线路所有DSSC应输出的总补偿电压Uref,实现对补偿电压的闭环控制;在阻抗补偿模式下,为有效限制故障电流,控制所有DSSC输出最大阻抗,此时该条线路所有DSSC应输出的总补偿电压Uref通过线路电流Iline的积分值与所有DSSC可输出的最大总阻抗Xmax相乘得到。在图2中,Tm为采样延时,Kp为功率补偿控制模式下的比例系数,Ku为电压补偿模式下的比例系数,Tp为功率补偿模式下的积分时间常数,Tu为电压补偿模式下的积分时间常数。
在本实施例中,确定需要投入的DSSC的数目n按如下逻辑求得:
记每个DSSC输出电压高于电压阈值Uset时,运行效率较高;低于Uset时,运行效率开始明显降低。记每条线路中共有N个DSSC单元,其中Uset通过DSSC实际运行测试结果获得。在补偿功率模式或补偿电压模式下,当Uref/N>Uset,则n=N;当Uref/N≤Uset,则n取为不大于Uref/Uset的最大整数,即有n=round(Uref/Uset),round(Uref/Uset)为对Uref/Uset取整。在阻抗补偿模式下,n=N。由此,可保证每个投入的DSSC均运行于效率较高的状态。
DSSC应输出的总补偿电压Uref除以需要投入DSSC的个数n,得到每个需要投入的DSSC单元各自的输出电压指令Uref_s,其计算结果上限为每个DSSC可输出电压最大值Umax_s,下限为每个DSSC可输出电压最小值Umin_s。由于该线路DSSC总个数为N,需要投入的DSSC的个数为n,其余N-n个DSSC保持旁路运行状态。
(3)按照设定逻辑向该线路分布式静止串联补偿器发送顺序投退指令,避免DSSC投退过程引起较大谐波畸变。
在控制投入DSSC时,为减小DSSC投退过程中对***造成的冲击,***级控制器内配置有DSSC顺序投退控制策略,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,如图3所示,顺序投入逻辑如下:
将每个DSSC从开始充电至开始调节线路潮流所需时间记为Ts,将每个Ts作为一个投入DSSC时间间隔,在第i个Ts区间投入Mi个DSSC。控制每个DSSC投入后均运行在容性补偿模式,增加线路潮流,每个已投入的DSSC使线路潮流增加Pcom,将每个DSSC在充电阶段吸收功率记为Pch。其中,Mi的计算公式如下,且上限为尚待投入的DSSC总数量:
其中,round(Pcom/Pch)表示对Pcom/Pch取整,以求得投入DSSC的整数数量,Mx为之前的第x个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的数目。
在本实施例中,分布式静止串联补偿器的拓扑结构如图4所示,包括单绕组耦合变压器、旁路开关Sm以及带有滤波器的单相全桥换流器。装置级控制器接收到***控制层的投入指令后,控制旁路开关断开,使DSSC充电投入运行,并控制DSSC输出电压跟踪***控制层的补偿电压指令;接收到***控制层的退出指令后,控制旁路开关闭合,并闭锁全桥换流器,使DSSC被旁路。
如图5所示,在分布式静止串联补偿器投入运行时,以控制换流器的交流侧电压幅值和直流侧电压幅值为目标,分别通过交流电压闭环和直流电压闭环两个互相独立的控制环实现,具体步骤如下:
1)对分布式静止串联补偿器所在相的线路电流iline进行采样,利用单相锁相环获取其相位θ。
2)对分布式静止串联补偿器换流器输出电压进行采样,将电压采样值uo作为α轴电压uα,并根据α轴电压构造其虚拟正交量即β轴电压uβ。
具体的,通过对uα延时1/4基波周期后再取相反数,获得其虚拟正交量uβ。
3)以相位θ为基准,对α轴电压uα和β轴电压uβ进行旋转变化,得到旋转坐标系下d轴电压ud和q轴电压uq,计算公式为:
4)将直流电压指令与直流电压采样值udc作差后经过直流电压PI调节器PIDC得到旋转坐标系下d轴电压指令与d轴电压ud作差后经过d轴电压PI调节器PIud后得到d轴调制信号dd;将DSSC的输出电压指令Uref_s与q轴电压uq作差后经过q轴电压PI调节器PIuq后得到q轴调制信号dq。
5)将d轴调制信号dd和q轴调制信号dq进行反旋转变换后得到αβ坐标系下的α轴调制信号dα和β轴调制信号dβ,舍弃dβ,采用α轴调制信号dα作为最终调制波,进行PWM调制,得到分布式静止串联补偿器中换流器开关管的驱动信号,实现对DSSC输出电压的控制。
在控制投退DSSC时,按照设定时间先后顺序退出投入的分布式静止串联补偿器,顺序退出逻辑为:每次退出一个DSSC,每个DSSC退出指令均在前一个DSSC退出指令发出后经过设定延时时间Tc秒再发出。其中Tc的值根据具体***参数确定,其确定原则为Tc秒后切除下一个DSSC引起的线路电压波动不大于切除第一个DSSC时引起的线路电压波动。
本发明还提供了一种分布式静止串联补偿器的投退控制装置,包括处理器,所述处理器用于处理指令以实现如下方法:
根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式;
在选择的补偿模式下,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,以及按照设定时间先后顺序控制分布式静止串联补偿器退出运行。
该分布式静止串联补偿器的投退控制装置的核心是实现线路中的分布式静止串联补偿器的投退控制方法,由于该实现线路分布式静止串联补偿器的投退控制方法已经在上述的分布式静止串联补偿器的控制方法中进行了详细介绍,此处对分布式静止串联补偿器的投退控制装置不再赘述。
本发明通过***级控制器可有效决策投入DSSC的数量,避免有DSSC低效率投入运行;控制DSSC顺序投退,减小其投退过程中对***造成的冲击;通过装置级控制器的控制实现同时对DSSC交流输出电压及直流电压进行闭环控制,提高了DSSC的运行效率及控制准确性。
Claims (6)
1.一种分布式静止串联补偿器的投退控制方法,其特征在于,步骤如下:
根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式;
在选择的补偿模式下,根据调度指令,获得该指令下需要投入或退出的分布式静止串联补偿器的数目,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,以及按照设定时间先后顺序控制分布式静止串联补偿器退出运行;
按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:将分布式静止串联补偿器从开始充电至开始调节线路潮流所需时间作为一个时间间隔,在每个时间间隔投入设定数目的分布式静止串联补偿器;
在每个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目为:
其中,Mi为第i个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目,Pcom为每个分布式静止串联补偿器投入后运行在容性补偿模式使线路潮流增加的功率,Pch为每个分布式静止串联补偿器在充电阶段的吸收功率,round(Pcom/Pch)表示对Pcom/Pch取整,Mx为之前的第x个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的数目。
2.根据权利要求1所述的分布式静止串联补偿器的投退控制方法,其特征在于,所述补偿模式包括补偿功率模式、补偿电压模式和补偿阻抗模式;当要求线路调节线路有功潮流时,选择为补偿功率模式;当要求调节线路末端电压时,选择为补偿电压模式;当检测到线路发生短路故障时,选择为补偿阻抗模式。
3.根据权利要求1或2所述的分布式静止串联补偿器的投退控制方法,其特征在于,按照设定时间先后顺序退出投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:每次退出一个分布式静止串联补偿器,在前一个分布式静止串联补偿器退出指令发出后经过设定延时时间再发出下一个分布式静止串联补偿器退出指令。
4.一种分布式静止串联补偿器的投退控制装置,其特征在于,包括处理器,所述处理器用于处理指令以实现如下方法:
根据电力***调度指令以及线路运行状态监测结果,选择线路中分布式静止串联补偿器的补偿模式;
在选择的补偿模式下,根据调度指令,获得该指令下需要投入或退出的分布式静止串联补偿器的数目,按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器,以及按照设定时间先后顺序控制分布式静止串联补偿器退出运行;
按照设定时间先后顺序投入需要投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:将分布式静止串联补偿器从开始充电至开始调节线路潮流所需时间作为一个时间间隔,在每个时间间隔投入设定数目的分布式静止串联补偿器;
在每个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目为:
其中,Mi为第i个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的设定数目,Pcom为每个分布式静止串联补偿器投入后运行在容性补偿模式使线路潮流增加的功率,Pch为每个分布式静止串联补偿器在充电阶段的吸收功率,round(Pcom/Pch)表示对Pcom/Pch取整,Mx为之前的第x个时间间隔投入的分布式静止串联补偿器的数目。
5.根据权利要求4所述的分布式静止串联补偿器的投退控制装置,其特征在于,所述补偿模式包括补偿功率模式、补偿电压模式和补偿阻抗模式;当要求线路调节线路有功潮流时,选择为补偿功率模式;当要求调节线路末端电压时,选择为补偿电压模式;当检测到线路发生短路故障时,选择为补偿阻抗模式。
6.根据权利要求4或5所述的分布式静止串联补偿器的投退控制装置,其特征在于,按照设定时间先后顺序退出投入的分布式静止串联补偿器的方法包括:每次退出一个分布式静止串联补偿器,在前一个分布式静止串联补偿器退出指令发出后经过设定延时时间再发出下一个分布式静止串联补偿器退出指令。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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