特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制方法技术

本发明专利技术提出的特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法在每个自动电压控制周期到来时，检查直流换流站是否处于单极或双极闭锁后的故障状态：若换流站处于故障状态，则对近区变电站进行紧急控制；若换流站处于正常运行状态，则判定换流站的运行趋势，针对换流站有功输送功率所处的不同时段，对近区变电站生成对应的控制策略。本方法实现了特高压和特高压近区变电站的协调控制，避免在换流站直流有功输送容量调整的过程中近区变电站内无功设备反复投切，及换流站无功设备频繁投切，提高了电网电压稳定性和电压质量。

【技术实现步骤摘要】
特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制方法
本专利技术涉及一种特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制方法，属于电力系统自动电压控制

技术介绍
自动电压控制(以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)系统是实现输电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用输电网实时运行数据，从输电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。孙宏斌、张伯明、郭庆来在《基于软分区的全局电压优化控制系统设计》(电力系统自动化,2003年，第27卷第8期，16-20页)中说明了大电网自动电压控制的体系结构。AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，其对输电网的电压控制策略主要有对电厂各发电机无功控制策略以及对变电站的无功设备控制策略2类。其中对电厂各发电机的无功控制策略，目前采用的主要方式是：调度中心的AVC主站系统通过无功优化计算得到电厂各机组的无功调节量后，通过数据通信通道向电厂的AVC子站系统发送，电厂的AVC子站接收到发电机无功调整量后，根据当前电厂内各台发电机的运行状态，采用步进方式调整发电机发出的无功功率，直到达到AVC主站下发的调整量。对变电站的无功设备控制策略为对无功补偿设备的投切指令，无功设备主要包括电容器和电抗器，当投入电容器或切除电抗器时，母线电压升高；当切除电容器或投入电抗器时，母线电压降低。AVC主站下发投入或切除无功设备的指令，变电站内的自动化监控系统根据接收的指令，找到无功设备所连接的断路器并合上或断开断路器，以完成无功设备的投入或切除。随着我国电网特高压(1000kV)输电工程的建设，大电网之间越来越多通过特高压直流进行远距离输电。近年来已经有多条±800kV直流输电工程投入运行，单回直流线路可长距离输送的有功容量已经超过6GW。特高压直流输电工程中，换流器的运行总是伴随着无功功率的消耗。在稳定运行方式下，整流站吸收的无功功率一般为直流输出功率的30％～50％，逆变站吸收的无功功率则为直流输入功率的40％～60％。因此在换流站运行时，需要大量的无功补偿才能保证正常运行。传统的换流站无功补偿的手段是设置并联电容器和交流滤波器。一般在换流站配置多台滤波器和电容器，每台的无功容量为100～200MVAR，配置总容量应满足换流站最小和最大直流输送容量的要求，并以换流站与外部交流系统的无功交换为0作为运行目标。换流站的直流输送容量在一天的不同时间段并不相同，其按照预先制定的计划运行，不同的有功输送容量下其所需的无功补偿容量也不同，因此需要在换流站配置无功补偿的自动控制系统(RPC),根据直流输送容量自动投切滤波器和电容器。刘刚、刘杰在《±660kV换流站无功控制与滤波器投切策略研究》(宁夏电力，2015年第4期，22-25页)中提出了一种比较典型的换流站RPC系统的控制策略，其主要考虑绝对最小滤波器容量限制控制、无功交换控制、最高电压限制、最大无功限制等控制策略，在正常情况下主要以无功交换控制为主，其主要策略是：换流站的直流系统与交流系统的无功功率交换值如果超过预设限值，RPC就会发出命令，投入或切除一个电容器或滤波器组。由于滤波器组不能频繁投切，需要采用滞回特性，滞回窗口的无功上下限幅值大于1/2最大电容器/滤波器组容量。配置RPC系统后，当换流站的直流输送增加时，RPC系统可以自动依次投入电容器/滤波器组，当换流站的直流输送减少时，RPC依次退出电容器/滤波器组。本控制方法只是在按照输送容量进行电容器/滤波器的投退，并没有纳入自动电压控制优化中。随着近年来自动电压控制系统(AVC)在电网调度中心的广泛应用，电网中大量的变电站已经投入AVC自动控制，其中也包括特高压直流换流站相连接的近区电网中的变电站(近区变电站指对特高压站500kV母线灵敏度大于0.2的变电站)。由于换流站RPC系统和AVC系统和分别对换流站及周边变电站内无功设备进行控制，在运行中造成了换流站及近区电网的无功设备不协调的运行情况，主要体现在以下三个方面。第一，在换流站有功输容量调整期间，RPC系统根据换流站输送有功的增减逐步投切滤波器组和电容器，由于滤波器无功容量大，每次投切均会造成区域内电压的大幅波动，同时变电站在AVC控制下会追随其电压优化的控制目标，因此在换流站滤波(电容)器投入前电压偏低造成变电站投入电容器(或切除电抗器)，在换流站滤波(电容)器投入后电压偏高造成变电站切除电容器(或投入电抗器)，因此出现了在换流站直流有功输送容量调整的过程中近区变电站无功设备反复来回投切的现象，加剧了该区域的电压波动并影响变电站内无功设备的使用寿命。第二，在换流站有功输送容量调整完成、进入稳定运行后，由于AVC控制投切近区变电站的电容器、电抗器等，造成换流站电压变化，其与外部交流系统的无功交换可能出现越限并触发RPC投切换流站内的滤波器(电容器)，因此出现了AVC控制造成的换流站内滤波器(电容器)频繁投切的情现象，影响换流站的安全稳定运行。第三，当特高压换流站出现直流换流极单级闭锁或双极闭锁等异常故障后，由于故障过程中换流站的有功输送容量发生大幅变化，故障过程中站内滤波(电容)器的调节能力可能已经用尽，该区域电压在故障后可能出现大幅越限的情况，传统AVC中多采用固定周期(如5分钟)向换流站临近的变电站下发投切无功设备的控制指令，无法在尽量短的时间内校正该区域的母线电压越限。综上所述，随着特高压直流输电工程的快速建设，以及电网自动电压控制系统的广泛应用，迫切需要解决特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制问题，以保证特高压直流输电的稳定可靠运行。在特高压换流站的近区电网中，接入省级电网调度中心AVC自动控制的主要是500kV变电站，其变压器多配置无载调压的分接头，无法在运行时调节分接头档位，因此AVC的控制对象为变电站内主变低压侧的电容器、电抗器等无功设备。省级电网调度中心的AVC系统主要采用面向多目标的变电站控制策略，来实现对500kV变电站内无功设备自动控制。这种控制策略的其主要要点为：变电站的控制目标包括：1)各级母线电压合格；2)主网母线电压优化。其中1)指当变电站内主变高、中、低三侧任何母线出现电压越限时，需要投切电容器、电抗器等无功设备来消除越限；当1)的控制目标满足，即变电站内母线电压均合格时，考虑高压侧母线的电压优化目标，即当高压侧母线电压低于或高于优化目标值时，投切无功设备以使高压侧母线电压达到优化目标值附近。由于变电站内无功设备不能频繁投切，因此在检查高压侧母线电压低于或高于优化目标值时，需要考虑优化控制的死区参数，即判定母线电压低于优化目标值的判据为：Vireal<Viopt-Videad判定母线电压高于优化目标值的判据为：Vireal>Viopt+Videad其中，Vireal为母线i的电压量测值，Viopt为母线i的电压优化目标值，Videad为人工设定的变电站母线i的电压优化控制死区参数，一般对500kV变电站，Videad＝2kV。
技术实现思路
本专利技术的目的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)设定自动电压控制周期为Tc；2)在每个自动电压控制周期到来时，记到来时刻为t0，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站的单级闭锁信号和双极闭锁信号的遥信值以及其对应的变化时间，如果任意信号遥信值在最近的T0时段内发生变化，则对该换流站近区变电站进行紧急控制，进入步骤7)；否则进入步骤3)；3)以当前t0时刻为基准，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站过去T1时段的有功输送功率历史值，以及未来T2时段的有功输送功率计划值，对特高压直流换流站的运行趋势进行判定：如果判定该换流站有功输送功率处于正在调整的时段中，则进入步骤4)；如果判定该换流站有功输送功率处于刚刚调整完成的时段中，则进入步骤5)；否则判定该换流站有功输送功率处于平稳时段中，则进入步骤6)；4)当换流站有功输送功率处于正在调整的时段中，近区变电站无功设备控制方法为：检查换流站近区变电站内各级母线电压及越限情况，消除电压越限，闭锁母线电压优化控制，然后进入步骤7)；5)当换流站有功输送功率处于刚刚调整完成时段中，近区变电站无功设备控制方法为：检查换流站近区变电站内各级母线电压及越限情况，消除电压越限，进行母线电压优化控制，并通过自动减小变电站母线电压优化死区参数以增加变电站对无功设备的投切控制，然后进入步骤7)；6)当换流站有功输送功率处于平稳时段中，近区变电站无功设备控制方法为：检查换流站近区变电站内各级母线电压及越限情况，消除电压越限，进行母线电压优化控制，在母线电压优化控制中读取换流站对外无功交换限值的约束条件，然后进入步骤7)；7)在下一控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始新一轮的控制计算。...

【技术特征摘要】
1.一种特高压直流换流站与近区变电站的无功电压协调控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)设定自动电压控制周期为Tc；2)在每个自动电压控制周期到来时，记到来时刻为t0，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站的单级闭锁信号和双极闭锁信号的遥信值以及其对应的变化时间，如果任意信号遥信值在最近的T0时段内发生变化，则对该换流站近区变电站进行紧急控制，进入步骤7)；否则进入步骤3)；3)以当前t0时刻为基准，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站过去T1时段的有功输送功率历史值，以及未来T2时段的有功输送功率计划值，对特高压直流换流站的运行趋势进行判定：如果判定该换流站有功输送功率处于正在调整的时段中，则进入步骤4)；如果判定该换流站有功输送功率处于刚刚调整完成的时段中，则进入步骤5)；否则判定该换流站有功输送功率处于平稳时段中，则进入步骤6)；4)当换流站有功输送功率处于正在调整的时段中，近区变电站无功设备控制方法为：检查换流站近区变电站内各级母线电压及越限情况，消除电压越限，闭锁母线电压优化控制，然后进入步骤7)；5)当换流站有功输送功率处于刚刚调整完成时段中，近区变电站无功设备控制方法为：检查换流站近区变电站内各级母线电压及越限情况，消除电压越限，进行母线电压优化控制，并通过自动减小变电站母线电压优化死区参数以增加变电站对无功设备的投切控制，然后进入步骤7)；6)当换流站有功输送功率处于平稳时段中，近区变电站无功设备控制方法为：检查换流站近区变电站内各级母线电压及越限情况，消除电压越限，进行母线电压优化控制，在母线电压优化控制中读取换流站对外无功交换限值的约束条件，然后进入步骤7)；7)在下一控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始新一轮的控制计算。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2)具体步骤如下：2-1)在t0时刻，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站的单级闭锁信号的遥信值S1以及信号最近变化时间C1；2-2)在t0时刻，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站的双级闭锁信号的遥信值S2以及信号最近变化时间C2；2-3)判定下式是否成立：(S1＝1)∨(t0-C1<T0)∨(S2＝1)∨(t0-C2<T0)(1)若式(1)成立，则进入步骤2-4)，对该换流站近区变电站进行紧急控制；若式(1)不成立，则进入步骤2-5)；2-4)检查换流站近区变电站内各级母线电压：如存在母线电压越下限，则投入电容器或切除电抗器；若存在母线电压越上限，则切除电容器或投入电抗器；然后将自动电压控制周期Tc修改为Tc′，Tc′为紧急控制下的自动电压控制周期,Tc′<Tc，进入步骤7)；2-5)将自动电压控制周期恢复为Tc，进入步骤3)。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)具体步骤如下：3-1)以当前t0时刻为基准，从电网调度中心调度监控系统中读取特高压直流换流站过去T1时段的有功功率输送历史值,记为其中ti表示过去n个控制周期的整点时刻，并判定过去T1时段直流输送功率变化趋势，具体步骤如下：3-1-1)初始化i＝1，设置直流输送趋势增加计数器直流输送趋势减少计数器3-1-2)如果满足则设置进入步骤3-1-3)，其中为预先给定的趋势判定功率门槛值；如果满足则设置进入步骤3-1-3)；如果以上两种情况均不满足，则两个计数器的数值均保持不变，进入步骤3-1-3)；3-1-3)设置i＝i+1,并判定：如果满足i<n，则重新返回步骤3-1-2)，否则进入步骤3-1-4)；3-1-4)对计数器的数值进行判定：如果满足或则判定直流输送容量在过去T1时段发生变化，标记历史直流输送容量变化状态否则标...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，罗亚洲，汤磊，贾琳，李小江，高洵，李柱华，谭贝斯，王鹏，
申请(专利权)人：国家电网公司，国家电网公司华北分部，北京清大高科系统控制有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11