用于电压控制的TCSC控制器及其控制方法

摘要

本发明公开了电压控制领域的一种用于电压稳定控制的TCSC控制器及其控制方法。其技术方案是，所述控制器包括信号输入模块、低通滤波模块、判断模块、合成控制模块、协调模块和信号输出模块；所述信号输入模块、低通滤波模块、判断模块、合成控制模块和信号输出模块顺次连接；所述信号输出模块分别与合成控制模块和协调模块连接。本发明的有益效果是，在电力系统发生电压稳定问题时，可以根据不同的电压稳定问题分别采用不同的控制策略进行控制，通过两者的协调补偿系统的无功和电压，从而更合理地提高电压稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于电压控制领域，尤其涉及一种用于电压稳定控制的 TCSC控制器及其控制方法。

背景技术

20世纪的70、80年代，很多发达国家，如法国、瑞典、日本等 相继发生了电压崩溃的事故，这些事故不仅仅给人们的正常生活带来 了极大的不便，同时也使电网蒙受了巨大的经济损失，电压稳定问题 也因此得到了世界各国的广泛关注。随着我国电力行业的迅速发展， 电网规模的不断扩大，电网内部存在着引起电压崩溃的因素。我国的 电力系统正在进入大电网、高电压、大机组和远距离输送时代，其电 网的主要特征是基本形成了以大容量远距离西电东送和大规模受端 电网为主的全国互联电网。电网互联不断发展，负荷规模日益扩大， 电压稳定问题将会是电网运行所面临的一大重要难题。

电力系统中的电压稳定问题若从时间的长短来分，可以分为暂态 电压稳定问题与中长期电压稳定问题两大类。其中，暂态电压稳定问 题是指系统在遇到较大的扰动，如短路、断线等故障时，电压会迅速 下降，此时如果（局部）动态无功补偿能力不足，常规补偿投入不及 时，将导致连锁故障扩大事故范围；中长期电压稳定问题可以和静态 电压稳定问题一起考虑，当系统遇到较小的扰动，或是负荷发生缓慢 的变化时，在最开始阶段不能很容易检测出系统是否会发生电压失稳 问题，所以在扰动发生之后即刻投入无功补偿可能可以避免电压稳定 问题的恶化。

目前，TCSC的基本用途在于抑制电力系统次同步谐振（SSR）以 及提高系统的功角稳定性，但由于TCSC补偿电容可以影响系统无功 功率分布，因此也可以用于提高电力系统的电压稳定性。虽然TCSC 的主要作用是抑制电力系统次同步谐振以及提高系统的功角稳定性， 但在简单系统中，TCSC比SVC更能有效地提高系统的电压稳定性。 若使TCSC对不同的电压稳定问题，例如暂态电压稳定与中长期电压 稳定，采取不同的控制策略，不仅可以有针对性地进行电压控制，更 可以有效地利用动态补偿容量而避免造成不必要的浪费。

发明内容

针对背景技术中提到的如何有效地利用动态补偿容量的问题，提 出了一种用于电压稳定控制的TCSC控制器及其控制方法。

一种用于电压稳定控制的TCSC控制器，其特征在于，所述控制 器包括信号输入模块、低通滤波模块、判断模块、合成控制模块、协 调模块和信号输出模块；

其中，所述信号输入模块、低通滤波模块、判断模块、合成控制 模块和信号输出模块顺次连接；所述低通滤波模块用于对输入的信号 进行低通滤波，并将滤波后的信号输入判断模块；所述判断模块用于 判断采取的电压控制方式；所述合成控制模块根据电压控制方式进行 控制并合成输出信号发送给信号输出模块；所述信号输出模块用于将 合成的输出信号进行限幅后输出到协调模块电力系统中进行电压补 偿；

所述信号输出模块分别与合成控制模块和协调模块连接；所述协 调模块用于将合成控制模块合成的输出信号递给静态无功补偿器SVC 或柔性交流输电系统FACTS，用于柔性交流输电系统FACTS装置间的 协调控制。

一种用于电压稳定控制的TCSC控制器的控制方法，其特征在于， 所述方法具体包括步骤：

步骤1：从电力系统中获取输入信号；所述获取输入信号包括母 线电压V_T与参考电压V_ref的差值、线路有功功率P_T与参考有功功率P_ref的差值或线路无功功率Q_T与参考无功功率Q_ref的差值；

步骤2：对步骤1输入的信号通过低通滤波模块进行低通滤波， 消除高频噪声信号，并发送给判断模块；

步骤3：判断模块根据步骤2得到的信号与电力系统设定的第一 启动值M1和第二启动值M2之间的关系，启动相应的控制环节；所述 第一启动值M1大于第二启动值M2；

a）当步骤2得到的信号值大于等于M2小于M1时，合成控制模 块启动中长期电压稳定控制环节；

b）当步骤2得到的信号值大于等于M1时，合成控制模块同时启 动暂态电压稳定控制和中长期电压稳定控制环节；

c）当步骤2得到的信号值小于M2时，合成控制模块不动作；

步骤4：合成控制模块根据步骤3启动的控制环节采取相应的控 制方式进行控制，并合成输出信号；

步骤5：信号输出模块根据步骤4合成的输出信号进行限幅后输 出到协调模块和电力系统中进行电压无功补偿。

所述步骤4中，合成控制模块根据步骤3得到的控制方式进行控 制，并合成输出信号的过程为：

1）当合成控制模块启动暂态电压稳定控制环节时，采用投切控 制方式投入强补容量，强补容量小于等于TCSC装置容量Xc的N1%； 其中，N1为第一设定比例；

2）当合成控制模块同时启动暂态电压稳定控制和中长期电压稳 定控制环节时，同时采用投切控制方式和比例控制方式进行电压控 制，即：在投入强补容量的同时，比例控制方式也投入补偿容量；其 中，投切控制方式投入的强补容量小于等于TCSC装置容量Xc的N1%； 比例控制方式投入的补偿容量小于等于TCSC装置容量Xc的N2%；N1 为第一设定比例；N2为第二设定比例；

3）当合成控制模块启动暂态电压稳定控制环节时，将投入的强 补容量作为输出信号；当合成控制模块同时启动暂态电压稳定控制和 中长期电压稳定控制环节时，取强补容量和补偿容量的最大值MAX、 最小值MIN或平均值AVE作为输出信号。

所述补偿容量为母线电压V_T与参考电压V_ref的差值乘以中长期电 压稳定控制环节增益系数。

所述补偿容量为线路有功功率P_T与参考有功功率P_ref的差值乘以 中长期电压稳定控制环节增益系数。

所述补偿容量为线路无功功率Q_T与参考无功功率Q_ref的差值乘 以中长期电压稳定控制环节增益系数。

本发明的有益效果是，在电力系统发生电压稳定问题时，可以根 据不同的电压稳定问题分别采用不同的控制策略进行控制，通过两者 的协调补偿系统的无功和电压，从而更合理地提高电压稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于电压稳定控制的TCSC控制器的结 构示意图；

图2是本发明提出的用于不同电压稳定问题控制的TCSC控制器 逻辑框图；

图3是本发明提供的暂态电压稳定问题中TCSC控制器输出变量 曲线图；

图4是本发明提供的中长期电压稳定问题中TCSC控制器输出变 量曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说 明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的一种用于电压稳定控制的TCSC控制器的结 构示意图。所述控制器包括信号输入模块、低通滤波模块、判断模块、 合成控制模块、协调模块和信号输出模块；

其中，所述信号输入模块、低通滤波模块、判断模块、合成控制 模块和信号输出模块顺次连接；所述低通滤波模块用于对输入的信号 进行低通滤波，并将滤波后的信号输入判断模块；所述判断模块用于 判断采取的电压控制方式；所述合成控制模块根据电压控制方式进行 控制并合成输出信号发送给信号输出模块；所述信号输出模块用于将 合成的输出信号进行限幅后输出到协调模块和电力系统中进行电压 无功补偿；

所述信号输出模块分别与合成控制模块和协调模块连接；所述协 调模块用于将合成控制模块合成的输出信号递给静态无功补偿器SVC 或其它柔性交流输电系统FACTS，用于柔性交流输电系统FACTS装置 间的协调控制。

图2是本发明提出的用于不同电压稳定问题控制的TCSC控制器 逻辑框图。图2中，所示的TCSC控制器逻辑框图，输入的信号M经 过低通滤波之后进入到判断环节。上面一路为暂态电压稳定控制环 节，是采用投切控制投入强补容量X1=const，进行强补，以输入信号 为母线电压V_T与参考电压V_ref的差值为例，启动的条件可采用 V_ref-V_T≥A（A例如为0.1p.u.），该过程在强补一段时间T_f后以斜坡控 制形式退出，K1为暂态电压稳定控制环节的增益系数。下面一路为 中长期电压稳定控制环节，可采用例如电压差比例控制 X2=K2*(V_ref-V_T)，该环节启动条件例如为V_ref-V_T>0，K2为中长期电压 稳定控制环节的增益系数。

当暂态电压稳定控制和/或中长期电压稳定控制动作后，所得到 的电抗值X取最大值后，经过限幅环节最终输入到协调模块和电力系 统中进行电压无功补偿。结合表1的TCSC控制器设计逻辑可以对本 发明有更好地理解。

表1TCSC控制器设计逻辑

图3是本发明提供的暂态电压稳定问题中TCSC控制器输出变量 曲线图。图3示出了暂态电压稳定问题中TCSC控制器输出变量曲线 图。当系统发生暂态电压稳定问题时，电压迅速下降，达到启动条件 V_ref-V_T≥0.1时该环节进行控制，但同时中长期电压稳定控制环节也达 到了启动条件V_ref-V_T>0，所以此时两种控制都会启动。设TCSC的最大 补偿容量Xc为0.018p.u.，暂态电压稳定控制环节的强补容量为 X1=30%Xc，即为0.0054p.u.，限幅为50%Xc；中长期电压稳定控制 环节输出的补偿容量为X2=K2*(V_ref-V_T)，K2为0.1，并且限幅为20% Xc。

图4是本发明提供的中长期电压稳定问题中TCSC控制器输出变量 曲线图。图4示出了中长期电压稳定问题中TCSC控制器输出变量曲线 图。当系统发生中长期电压稳定问题时，起初的电压变化是不明显的， 但为避免今后会造成电压崩溃事故，仍需投入无功补偿容量进行电压 支撑。该环节启动条件为V_ref-V_T>0，此时暂态电压稳定控制环节没有 达到启动条件。图4示出了中长期电压稳定问题中TCSC控制器输出变 量曲线图。此时控制器仅进行电压差比例控制，X=K2*(V_ref-V_T)，K2 为0.1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围 之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。