[全]同步发电机多目标无功电压协调控制方法及系统.docx

[全]同步发电机多目标无功电压协调控制方法及系统问题分析在电力系统中，同步发电机是最常见的旋转设备，它在发出有功功率的同时，还可以发出无功功率，而且是性能最优越的无功电源调相机是一种特殊运行状态下的同步发电机，它保留了同步发电机良好的无功补偿性能，而不发出有功功率调相机性能优势主要体现为可以在瞬态、暂态、过渡过程和稳态全时间尺度提供无功补偿和电压支撑瞬态方面，在电网发生故障导致电压跌落的瞬间，调相机利用其强劲的无功输出能力，快速释放大量无功功率，减少电网电压跌落的幅度和速度，该特性通常在几到几十个毫秒范围内发挥作用暂态方面，在故障恢复期间，电网电压还较低，调相机励磁系统可以进行强励，从而在数秒到数十秒的时间内提供超过调相机额定容量1.5倍甚至更多的无功支撑，进而帮助电网电压恢复过渡过程方面，在电网无功储备不足，电压稳定问题突出的地区，存在大扰动后电压恢复困难等问题，可以充分利用调相机容量大、响应速度快等特点，通过调相机快速输出无功，加快扰动后过渡过程中电网电压恢复速度，提高电网的电压稳定水平稳态方面，调相机可以在设计范围内进行无功的连续调节，既可以发出容性无功，也可以发出感性无功此外，调相机在进行无功补偿的同时，还能提供短路容量和转动惯量，从而提高电网稳定性能。

目前，调相机运行控制依赖区域电网的自动电压控制(AVC)系统，但AVC系统主要面向静态无功控制，电网发生故障时转为闭锁，无法满足动态评估与控制的需求，控制方法仅基于当前一个静态断面，忽略了无功调节手段的动态调整过程，尤其是特高压直流闭锁故障造成局部电网电压大幅跌落时，无法综合发挥调相机在故障后暂态过程、过渡过程、稳态过程的无功电压支撑作用如果不将调相机纳入协调控制，不能充分发挥调相机的无功补偿功能，从而降低整体控制效果若将其纳入常规AVC控制中，由于其控制周期长，如果协调不力，宝贵的动态无功在稳态调节时可能被过度使用，导致在扰动发生时无法提供支撑因此，急需解决调相机在故障后暂态过程、过渡过程和稳态过程中的多目标无功电压协调控制问题问题拆分包括：搭建调相机接入交流电网的潮流数据和稳定数据模型；采用交直流系统故障校核调相机近区主网电压的稳定性；当确定调相机近区主网电压失稳时，通过调相机本体的次暂态、暂态自主响应控制机端电压，恢复调相机接入高压母线电压；判断调相机近区是否出现低电压悬浮，并获取判断结果；当所述判断结果指示调相机近区出现低电压悬浮时，计算调相机近区主网的短路电流，确定电网的电压控制无功需求容量；采用分轮次增加调相机无功出力和投切近区低压容抗器的无功控制措施快速恢复系统电压；利用自动电压控制AVC系统对调相机近区的电网无功分布进行调整，恢复调相机的动态无功调节能力。

问题解决1.一种基于调相机的多目标无功电压协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：利用电力系统仿真软件根据调相机接入交流电网的结构，搭建调相机接入交流电网的潮流数据和稳定数据模型；采用交直流系统故障校核调相机近区主网电压的稳定性，判断调相机近区主网电压是否失稳；当确定调相机近区主网电压失稳时，通过调相机本体的次暂态、暂态自主响应控制机端电压，恢复调相机接入高压母线电压；判断调相机近区是否出现低电压悬浮，并获取判断结果；当所述判断结果指示调相机近区出现低电压悬浮时，计算调相机近区主网的短路电流，确定电网的电压控制无功需求容量；通过电压协调控制系统，根据所述电压控制无功需求容量，采用分轮次增加调相机无功出力和投切近区低压容抗器的无功控制措施快速恢复系统电压；当系统电压恢复正常后，利用自动电压控制AVC系统对调相机近区的电网无功分布进行调整，恢复调相机的动态无功调节能力2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用如下公式判断调相机近区是否出现低电压悬浮，若Ui小于UGate，并且Ti大于TDelay，则调相机近区出现低电压悬浮，反之，调相机近区未出现低电压悬浮，其中，Ui为调相机近区主网各变电站高压母线电压，UGate为运行控制电压的门槛值，Ti为各变电站高压母线电压低于电压的门槛值的时间；TDelay为低电压延时的门槛值，UGate和TDelay根据电网运行控制实际需要进行选择。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用电力系统仿真软件计算调相机及其近区高压母线的短路容量ST_f和SC_fi，并根据如下公式计算调相机近区主网的短路电流：其中，IT为调相机接入高压母线的短路电流；Ii为调相机近区高压母线的短路电流；UGate为运行控制电压的门槛值4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用分轮次增加调相机无功出力和投切近区低压容抗器的无功控制措施快速恢复系统电压时，利用如下公式设定调相机强励无功的出力目标值和每轮投入的低压容抗器容量，QT_ref＝(UGate-UT)×IT其中，QT_ref为调相机强励控制目标的无功参考值，UT为调相机接入高压母线故障后的悬浮低电压；IT为调相机接入高压母线的短路电流；QC_ref为调相机近区为每轮次投切的低压容抗器的总量，为切除电抗器总量与投入电容器总量之和；UGate为运行控制电压的门槛值；Ui为调相机近区主网各变电站高压母线电压；Ii为调相机近区高压母线的短路电流5.一种基于调相机的多目标无功电压协调控制系统，其特征在于，所述系统包括：模型建立单元，用于利用电力系统仿真软件根据调相机接入交流电网的结构，搭建调相机接入交流电网的潮流数据和稳定数据模型；稳定性校核单元，用于采用交直流系统故障校核调相机近区主网电压的稳定性，判断调相机近区主网电压是否失稳；调相机接入单元，用于当确定调相机近区主网电压失稳时，通过调相机本体的次暂态、暂态自主响应控制机端电压，恢复调相机接入高压母线电压；低电压悬浮判断单元，用于判断调相机近区是否出现低电压悬浮，并获取判断结果；无功需求容量确定单元，用于当所述判断结果指示调相机近区出现低电压悬浮时，计算调相机近区主网的短路电流，确定电网的电压控制无功需求容量；系统电压恢复单元，用于通过电压协调控制系统，根据所述电压控制无功需求容量，采用分轮次增加调相机无功出力和投切近区低压容抗器的无功控制措施快速恢复系统电压；无功电压优化单元，用于当系统电压恢复正常后，利用自动电压控制AVC系统对调相机近区的电网无功分布进行调整，恢复调相机的动态无功调节能力。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在低电压悬浮判断单元，利用如下公式判断调相机近区是否出现低电压悬浮，若Ui小于UGate，并且Ti大于TDelay，则调相机近区出现低电压悬浮，反之，调相机近区未出现低电压悬浮，其中，Ui为调相机近区主网各变电站高压母线电压，UGate为运行控制电压的门槛值，Ti为各变电站高压母线电压低于电压的门槛值的时间；TDelay为低电压延时的门槛值，UGate和TDelay根据电网运行控制实际需要进行选择7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述无功需求容量确定单元，利用电力系统仿真软件计算调相机及其近区高压母线的短路容量ST_f和SC_fi，并根据如下公式计算调相机近区主网的短路电流：其中，IT为调相机接入高压母线的短路电流；Ii为调相机近区高压母线的短路电流；UGate为运行控制电压的门槛值8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在系统电压恢复单元，利用如下公式设定调相机强励无功的出力目标值和每轮投入的低压容抗器容量，QT_ref＝(UGate-UT)×IT其中，QT_ref为调相机强励控制目标的无功参考值，UT为调相机接入高压母线故障后的悬浮低电压；IT为调相机接入高压母线的短路电流；QC_ref为调相机近区为每轮次投切的低压容抗器的总量，为切除电抗器总量与投入电容器总量之和；UGate为运行控制电压的门槛值；Ui为调相机近区主网各变电站高压母线电压；Ii为调相机近区高压母线的短路电流。