CN112491077B - 一种分布式串联补偿器的控制方法及装置 - Google Patents

一种分布式串联补偿器的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种分布式串联补偿器的控制方法，启动过程包括：通过取能单元给控制单元的电源充电；对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电至设定的第二电压阈值。停运过程包括：将串联补偿器所有单元模组的输出交流电压逐步降至零，然后闭锁各单元模组、并合闸各单元模组的机械旁路开关，完成停运。此方法可有效减少分布式串联补偿器启动、停运时对交流电网产生的扰动，防止单元模组的直流过电压，实现平稳启动和停运。

Description

一种分布式串联补偿器的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种柔***流输电技术，具体涉及一种分布式串联补偿器的控制方法及装置。
背景技术
随着大型电力***的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力***的规模和复杂度；再加上大量的分布式发电***接入电网，使传统的固定由输电网向配电网传送的潮流发生逆向；用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流优化控制。
分布式串联补偿器，可以将每个小容量的补偿器制作轻巧得直接分布式地悬挂于电力线路上，实现和静止同步串联补偿器相近的电网潮流控制功能和效果，可为智能电网提供更灵活、更先进的控制手段，有效提高电力***的供电能力和安全稳定性。分布式串联补偿器具有体积小、重量轻等特点；大量分布式的子单元保障了设备的冗余性，进而提升了装置的可靠性；同时，分布式串联补偿器装置可分散部署在输电线路上或者变电站，占地小。
目前国外已有两个分布式串联补偿器的示范工程(分布式静止同步串联补偿器)项目，两个项目的控制保护***比较简单，均采用模块就地控制的模式，控制方式不灵活，潮流调节的性能较差。国内有部分高校和科研院所开展了多种分布式串联补偿器(分布式串联电抗器、分布式静止同步串联补偿器、分布式潮流控制器等)，主要在拓扑结构、仿真建模和***控制策略上开展研究，尚未有关于分布式串联补偿器的平滑启动和停运的文献和专利。
现有统一潮流控制器的串联侧换流单元或静止串联补偿器可以通过并联的电压源进行充电后完成平滑启动，也可以通过串联变压器注入线路后产生的电压差对串联侧的换流单元进行充电和启动；但这两种方法并不适用于分散布置、无法增加并联侧辅助电源，且不包含串联变压器的分布式串联补偿器。
常见的分布式串联补偿器结构如附图1所示，包含N级单元模组，每级单元模组包括三个单元模组分别对应接入三相交流线路，N级单元模组依次串联接入线路；所述单元模组包括第一类旁路设备、取能单元、换流单元和控制单元。一般的启动方式和停运方式为：启动时，在单元模组控制电源完成取能后，将所有单元模组全部投入充电，模组充电完成后然后再解锁模组的换流单元、控制单元模块的直流电压维持恒定；停运时直接闭锁单元模组的换流单元、并旁路单元模组的旁路设备。这种启动和停运方式，在所有单元模组投入和退出瞬间、以及单元模组充电的过程线路电流也会有很大的变化，对交流***的潮流产生很大影响。
为了解决以上启动和停运方式的不足，减少启动和停运对交流***的扰动，充分发挥分布式串联补偿器潮流优化的特点，推动分布式潮流控制器应用的快速发展，需要一种更稳定、更适合工程应用的启动和停运方式。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种分布式串联补偿器的控制方法及装置,其可以有效抑制单元模组投退时的直流过电压和过电流，减小启动和停运时交流线路的电流扰动，实现分布式串联补偿器的平稳启动和停运，提高***的稳定性和可靠性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一方面，本申请提出了一种分布式串联补偿器的控制方法，所述分布式串联补偿器包括N级单元模组，每级包括三个单元模组分别对应接入三相交流线路，N级单元模组依次串联接入线路，N为自然数；所述单元模组包括第一类旁路设备、取能单元、换流单元和控制单元；当分布式串联补偿器启动时，采用如下控制方法：
收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电；
对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；
当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电，控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值。
优选的方案中，每级单元模组解锁换流单元后，先控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制本级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；所述第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
优选的方案中，所述分布式串联补偿器还包括第二类旁路设备，第二类旁路设备与所有N级单元模组串联连接后的支路并联连接；所述控制方法收到启动命令后，先分开第二类旁路设备，再通过取能单元给控制单元的电源充电。
优选的方案中，所述第一类旁路设备为机械开关或由电力电子器件构成的快速开关。
优选的方案中，所述第二类旁路设备为快速机械旁路开关，所述快速机械开关的合闸时间比分闸时间短。
优选的方案中，所述第一电压阈值大于所述换流单元能成功解锁的最小直流电压；所述第二电压阈值不大于所述换流单元可正常运行的标称直流电压。
优选的方案中，当分布式串联补偿器停运时，采用如下控制方法：
收到停运命令后，逐渐降低各级单元模组输出的交流电压；
所有单元模组输出的交流电压降至零后，合闸所有单元模组的第一类旁路设备，完成停运过程。
优选的方案中，所述分布式串联补偿器还包括第二类旁路设备，第二类旁路设备与所有N级单元模组串联连接后的支路并联连接；当分布式串联补偿器停运时，所述控制方法在所有单元模组输出的交流电压降至零后，同时合闸所有单元模组的第一类旁路设备和合闸第二类旁路设备，完成停运过程。
另一方面，本申请还提出了一种分布式串联补偿器的控制装置，所述分布式串联补偿器包括N级单元模组，每级包括三个单元模组分别对应接入三相交流线路，N级单元模组依次串联接入线路，N为自然数；所述单元模组包括第一类旁路设备、取能单元、换流单元和控制单元；所述控制装置包括：充电控制模块和分级启动模块；其中
所述充电控制模块，用于收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电；
所述分级启动模块，用于对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电，控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值。
优选的方案中，所述分级启动模块中，每级单元模组解锁换流单元后，先控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制本级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；所述第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
优选的方案中，所述控制装置还包括降压控制模块和停运控制模块；
所述降压控制模块，用于收到停运命令后，逐渐降低各级单元模组输出的交流电压；
所述停运控制模块，用于所有单元模组输出的交流电压降至零后，合闸所有单元模组的第一类旁路设备，完成停运过程。
采用上述方案后，本发明可以实现分布式串联补偿器的平稳启动和停运：在启动时，分级逐步投入各单元模组的换流单元、并在到达一定换流单元能成功解锁的最小直流电压后开始解锁换流单元，从而可以避免多个单元模块突然接入线路时对交流电网的电流和功率突击、同时可避免单元模组长时间串入线路一个电容造成线路功率的大幅波动；此外，在启动时还采用第三电压阈值进行降压解锁，避免采用标称直流电压解锁时可能对单元模组产生过电压冲击；在停运时，先通过单元模组的控制，逐渐降低各单元模组输出的交流电压变为零后，再退出各单元模组，避免分布器串联补偿器直接停运造成的对交流电网的冲击。采用上述启动和停运方案，可以提高分布式串联补偿器的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本申请实施例提供的分布式串联补偿器的结构图；
图2是加入第二类旁路设备后的分布式串联补偿器的结构图；
图3是本申请实施例提供的分布式串联补偿器的启动时的控制方法计算机执行流程图；
图4是本申请实施例提供的分布式串联补偿器的停运时的控制方法计算机执行流程图；
图5是本申请另一实施例提供的增加第三电压阈值后的分布式串联补偿器启动时的控制方法计算机执行流程图；
图6是本申请实施例提供的加入第二类旁路设备后分布式串联补偿器的启动时的控制方法计算机执行流程图；
图7是本申请实施例提供的加入第二类旁路设备后分布式串联补偿器的停运时的控制方法计算机执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明提供一种分布式串联补偿器的启动方法和停运方法，上述分布式串联补偿器如图1所示是本申请实施例提供的一种分布式串联补偿器的结构图，包括N级单元模组，每级包括三个单元模组分别对应接入三相交流线路，N级单元模组依次串联接入线路，N为自然数；上述单元模组包括第一类旁路设备、取能单元、换流单元和控制单元。
本申请第一实施例提供的一种分布式串联补偿器的控制方法，当分布式串联补偿器启动时，采用如下步骤：
S110:收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电。
S120:对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；同时，当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电，控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值。
优选的实施例中，每级单元模组解锁换流单元后，先控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制本级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；所述第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
图3所示为本申请实施例二提供的分布式串联补偿器的启动时的控制方法计算机执行流程图。包括如下步骤：
(a1)收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电，充电结束后进入步骤(a2)；
(a2)分开第一级单元模组的第一类旁路设备，对第一级单元模组的换流单元进行充电，经过设定的延迟T之后，进入步骤(a3)；同时，在一级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁第一级单元模组的换流单元，控制第一级单元模组的直流电压至设定的第二电压阈值；
(a3)分开第二级单元模组的第一类旁路设备，对第二级单元模组的换流单元进行充电，经过设定的延迟T之后，进入步骤(a4)；同时，在第二级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁第二级单元模组的换流单元，控制第二级单元模组的直流电压至设定的第二电压阈值；
(a4)按上述步骤(a2)和步骤(a3)和设定的延迟T，依次分开第三级至第N级单元模组的第一类旁路设备；并依次将第三级至第N级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值，进入步骤(a5)；
(a5)在第一级至第N级单元模组的直流电压达到设定的第二电压阈值后，所述分布式串联补偿器完成启动过程，进入正常的运行方式。
上述的第一电压阈值大于上述换流单元能成功解锁的最小直流电压；第二电压阈值不大于上述换流单元可正常运行的标称直流电压。
图4所示为本申请实施例三提供的分布式串联补偿器的停运时的控制方法计算机执行流程图。包括如下步骤：
(b1)收到停运命令后，逐渐降低各级单元模组输出的交流电压；
(b2)所有单元模组输出的交流电压降至零后，合闸所有单元模组的第一类旁路设备，完成停运过程。
图5所示为本申请另一实施例提供的增加第三电压阈值后的分布式串联补偿器启动时的控制方法计算机执行流程图；包含如下步骤：
(a1)收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电，充电结束后进入步骤(a2)；
(a2)分开第一级单元模组的第一类旁路设备，对第一级单元模组的换流单元进行充电，经过设定的延迟T之后，进入步骤(a3)的同时，在一级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁第一级单元模组的换流单元，控制第一级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制将第一级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；
(a3)分开第二级单元模组的第一类旁路设备，对第二级单元模组的换流单元进行充电，经过设定的延迟T之后，进入步骤(a4)的同时，在第二级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁第二级单元模组的换流单元，控制第二级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制将第一级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；
(a4)按上述步骤(a2)和步骤(a3)和设定的延迟T，依次分开第三级至第N级单元模组的第一类旁路设备；并依次将第三级至第N级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值，进入步骤(a5)；
(a5)在第一级至第N级单元模组的直流电压达到设定的第二电压阈值后，所述分布式串联补偿器完成启动过程，进入正常的运行方式。
前述分开不同级单元模组第一旁路设备之间的延迟T，大于单元模组充电至第一电压阈值的时间。第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
图2是分布式串联补偿器的另一种方案，包括第二类旁路设备，第二类旁路设备与所有N级单元模组串联连接后的支路并联连接。其中，第一类旁路设备为机械开关或由电力电子器件构成的快速开关，合闸时间小于10ms；第二类旁路设备为快速机械旁路开关，其合闸时间比分闸时间快，合闸时间约为40ms左右。
图6和图7分别为本申请实施例提供的加入第二类旁路设备后分布式串联补偿器的启动和停运时的控制方法计算机执行流程图。
与不包含第二类旁路设备相比，启动方法的步骤(a1)为：收到启动命令后，分开第二类旁路设备，通过取能单元给控制单元的电源充电，充电结束后进入步骤(a2)；停运方法的步骤(b1)为：所有单元模组输出的交流电压降至零后，同时合闸所有单元模组的第一类旁路设备和合闸第二类旁路设备，完成停运过程。
在本实例中所有的启动方案均是对于所有单元模组均正常的情况进行的描述，如有部分单元模组存在故障，本启动方案则跳过对故障的单元模组设置的启动延迟T、不对故障的单元模组进行启动操作，或者保留对故障的单元模组设置的启动延迟T、但不对故障的单元模组进行启动操作(即无论是否有单元模组发生故障，正常的单元模组都会在收到启动命令后的固定延迟开始启动)。如有单元模组在启动或停运的过程中发生了故障，则单元模组自主退出、不影响其它单元模组的启动和停运。
本申请实施例提供的一种分布式串联补偿器的控制装置包括：充电控制模块和分级启动模块；其中
所述充电控制模块，用于收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电；
所述分级启动模块，用于对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电，控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值。
优选的实施例中，所述分级启动模块中，每级单元模组解锁换流单元后，先控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制本级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；所述第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
优选的实施例中，所述控制装置还包括降压控制模块和停运控制模块；
所述降压控制模块，用于收到停运命令后，逐渐降低各级单元模组输出的交流电压；
所述停运控制模块，用于所有单元模组输出的交流电压降至零后，合闸所有单元模组的第一类旁路设备，完成停运过程。
在本实施例中，所述第一电压阈值、第二电压阈值、第三电压阈值和固定延迟T，对于不同的工程、不同的分布式单元模组，电压阈值不同、固定延迟T也不同，此为公知技术，不再赘述。
本发明以包含单个分布式串联补偿器来介绍实施方案，但本发明不限于该结构的串联补偿器***，对包含串联联结变压器或包含并联补偿设备器分布式补偿器都适用。任何牵涉到分级启动，或者分模组级充电、分电压级解锁的方法，都属于本发明范围之内。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：
所述分布式串联补偿器包括N级单元模组，每级包括三个单元模组分别对应接入三相交流线路，N级单元模组依次串联接入线路，N为自然数；所述单元模组包括第一类旁路设备、取能单元、换流单元和控制单元；当分布式串联补偿器启动时，采用如下控制方法：
收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电；
对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；
当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电，控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值。
2.如权利要求1所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：
每级单元模组解锁换流单元后，先控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制本级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；
所述第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
3.如权利要求1所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：
所述分布式串联补偿器还包括第二类旁路设备，第二类旁路设备与所有N级单元模组串联连接后的支路并联连接；
所述控制方法收到启动命令后，先分开第二类旁路设备，再通过取能单元给控制单元的电源充电。
4.如权利要求1所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：
所述第一类旁路设备为机械开关或由电力电子器件构成的快速开关。
5.如权利要求3所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：
所述第二类旁路设备为快速机械旁路开关，所述快速机械开关的合闸时间比分闸时间短。
6.如权利要求1所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：
所述第一电压阈值大于所述换流单元能成功解锁的最小直流电压；所述第二电压阈值不大于所述换流单元可正常运行的标称直流电压。
7.如权利要求1所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：当分布式串联补偿器停运时，采用如下控制方法：
收到停运命令后，逐渐降低各级单元模组输出的交流电压；
所有单元模组输出的交流电压降至零后，合闸所有单元模组的第一类旁路设备，完成停运过程。
8.如权利要求7所述的一种分布式串联补偿器的控制方法，其特征在于：所述分布式串联补偿器还包括第二类旁路设备，第二类旁路设备与所有N级单元模组串联连接后的支路并联连接；
当分布式串联补偿器停运时，所述控制方法在所有单元模组输出的交流电压降至零后，同时合闸所有单元模组的第一类旁路设备和合闸第二类旁路设备，完成停运过程。
9.一种分布式串联补偿器的控制装置，其特征在于：所述分布式串联补偿器包括N级单元模组，每级包括三个单元模组分别对应接入三相交流线路，N级单元模组依次串联接入线路，N为自然数；所述单元模组包括第一类旁路设备、取能单元、换流单元和控制单元；所述控制装置包括：充电控制模块和分级启动模块；其中
所述充电控制模块，用于收到启动命令后，通过取能单元给控制单元的电源充电；
所述分级启动模块，用于对各级单元模组依次执行分开本级单元模组的第一类旁路设备对本级单元模组的换流单元开始充电的操作，每级单元模组的操作间隔为预设时间阈值；当本级单元模组的直流电压充电至设定的第一电压阈值后，解锁本级单元模组的换流单元，继续对本级单元模组的换流单元充电，控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第二电压阈值。
10.如权利要求9所述的一种分布式串联补偿器的控制装置，其特征在于：
所述分级启动模块中，每级单元模组解锁换流单元后，先控制本级单元模组的直流电压充电至设定的第三电压阈值，然后控制本级单元模组的直流电压逐渐充电至设定的第二电压阈值；所述第三电压阈值大于第一电压阈值小于第二电压阈值。
11.如权利要求9所述的一种分布式串联补偿器的控制装置，其特征在于：所述控制装置还包括降压控制模块和停运控制模块；
所述降压控制模块，用于收到停运命令后，逐渐降低各级单元模组输出的交流电压；
所述停运控制模块，用于所有单元模组输出的交流电压降至零后，合闸所有单元模组的第一类旁路设备，完成停运过程。
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