静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换控制方法

摘要

本发明涉及一种静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换控制方法，属于电力自动电压控制技术领域。该方法先计算SVC的无功裕度，当任意一台SVC的无功裕度不满足制定的门槛，进入SVC之间的无功协调策略生成，如果生成的策略经过校验，所有的SVC调节量均不满足各自的最小无功条件步长，则触发SVC与电容、电抗器的无功置换，如果变电站内电压条件允许先调节SVC，则SVC调节后，下一周期控制会产生相反的无功调节方向策略投切电容器、电抗器，从而完成静态无功与动态无功的置换；如果电压调节不允许，则按照相反的调节方向生成投切电容器、电抗器的无功置换策略，以增加或降低母线电压，使得母线电压具备足够的安全裕度，然后再调节SVC无功，从而完成静态无功与动态无功的置换。

说明书

技术领域

本发明涉及一种静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换控制方法，属于电力系 统自动电压控制领域。

背景技术

自动电压控制(AutomaticVoltageControl，以下简称AVC)已经成为现代电力系统 调度不可或缺的组成部分，AVC通过协调各种控制设备(发电机、电容器、电抗器、变 压器分接头、静止无功补偿器(简称SVC)、静止无功发生器等装置)，控制各个电压等 级的合理无功流动，降低电网损耗，提高电网电压稳定性。

基于软分区的三级电压控制成为国内AVC的主流控制模式，其中一个重要的环节就 是变电站的无功控制。变电站内的常见的设备包括电容器、电抗器，不少文献和专利对于 变电站内电容器、电抗器的协调控制做了研究和分析，主要可以分成两种：一种是传统九 区图、十七区图的方式；另一种是基于专家规则库的策略。从应用情况来看，前者多作为 本地控制的策略依据，后者是前者的控制策略的超集，控制更为精细，策略更为灵活，总 体效果更好。郭庆来、孙宏斌等人在《变电站内(自动电压控制中连续变量与离散变量的 协调方法(一)变电站内协调电压控制》(电力系统自动化，2008年8月V32N8,pp39-42) 中阐述了变电站采用专家控制策略完成协调控制的策略。

配置SVC的变电站有着更强的无功调节能力和更快的无功调节速度，SVC在一定的 范围内是可以连续调节的，且基于晶闸管等半导体控制，具备很快的动态无功响应能力。 在电网收到扰动或者电网无功需求快速变化时，能够快速调节，保证电网无功平衡，从而 提高电压稳定。如果控制方式不当，容易造成SVC贴上限或者下限运行，大大减弱无功 调节能力，无法相依系统快速条件无功需求。如何协调变电站内SVC与电容、电抗器， 保持SVC较高的无功调节裕度，在适当的条件下触发下进行电容器、电抗器的静态无功 与SVC的动态无功置换是一个很有意义和价值的问题。这里面的适当的条件，包括站内 SVC之间的协调以及SVC与电容、电抗器协调时机；存在多台SVC的情况下，单台SVC 的无功裕度不足并非由于SVC之间协调不当导致，才应该触发SVC与电容器、电抗器的 无功置换，因此所谓SVC与电容器、电抗器的无功置换方法很重要的环节就是触发条件。

王旭冉、郭庆来等人研究了自动电压控制中SVC与电厂的无功置换策略，AVC二级 控制时采用二阶段控制的方式，先平衡无功，后实现SVC与电厂发电机的无功置换，关 于SVC与电厂的控制策略参见《考虑快速动态无功补偿的二级电压控制》(电力系统自动 化，2015年第39卷第2期)，但该文中并没有给出SVC与离散控制设备的电容、电抗器。

目前自动电压控制应用中，尚未很好的解决SVC与电容、电抗器的无功置换问题， 现有控制策略虽然可以避免了不合理的无功环流，但导致SVC的动态无功裕度过低。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术的不足，提出一种静止无功补偿器与电容器、电抗器 的无功置换控制方法，实现静态无功与动态无功的置换，从而保证SVC足够的无功裕度 以响应电网的快速无功调节需求，提高电压稳定性。

本发明提出的变电站内静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换方法，包括以下 步骤：

1)将变电站内SVC的总数目记为N，第i台SVC的当前无功记为Q_Di，无功上、 下极限值分别记为无功调节量记为ΔQ_Di，预先设定SVC的默认无功出力运 行点记为取设最小、最大调节步长依次记为SVC无功裕度门槛值记为工程应用一般可以取

2)设加入无功调节量后的第i台SVC的无功裕度指标若 则转入3)，否则不进行置换控制，结束；

3)求解以下由优化目标及约束条件组成的二次规划模型，得到SVC的无功调节量， (为方便起见)以下各个量采用向量表示，优化目标为所有SVC的无功裕度指标平方和 最小(即SVC的无功裕度在平方和意义最大)：

$\underset{{\mathrm{\Delta Q}}_D}{min}\left\{\right|\left|{\Theta }_{svc}\right|{|}^2\}$

Θ_svc是无功裕度指标向量；

约束条件为.

V_Bmin≤V_B0+CΔQ_D≤V_Bmax(1)

$Q_D^{DownLmt}\le Q_D+{\mathrm{\Delta Q}}_D\le Q_D^{UpLmt}---\left(2\right)$

$\left|{\mathrm{\Delta Q}}_D\right|<{\mathrm{\Delta Q}}_{svc}^{\max step}---\left(3\right)$

V_Bmin代表母线电压下限，V_Bmax代表母线电压上限，式(1)代表变电站内各母线电压 应在其设定的上下限内；代表SVC无功下限，代表SVC无功上限，ΔQ_D代 表SVC的无功调节量，Q_D代表当前SVC的无功出力；

式(2)表示SVC设备的无功调节量均应在其无功上下限内；代表SVC的 最大调节步长；

式(3)表示SVC无功调节步长应小于其最大调节步长；C为SVC对母线的灵敏度 矩阵；

4)对无功调节量再进行以下判断：设第i台SVC设备计算得到的无功调节量为ΔQ_Di， 比较ΔQ_Di和它的最小可调节无功的大小；若任意一台的SVC，均不满足 则进入5)；否则将无功调节量ΔQ_D转换成控制指令下发至各SVC，完成 SVC无功的控制；

5)SVC与电容、电抗器进行静态无功和动态无功的置换：如果当前变电站内电压条 件允许先调节SVC无功，则先直接增减SVC无功以增加动态无功裕度，下轮控制按照相 反的无功调节方向投切电容器、电抗器，从而完成静态无功与动态无功的置换，具体而言， 如果本轮SVC增发无功，那么下轮根据电容器和电抗器的运行情况，采取切电容器或者 投电抗器控制手段(电容器和电抗器不能同时投入，因此切电容和投电抗必然只有一种选 择)；如果本轮SVC减发无功，那么下轮根据电容器和电抗器的运行情况，采取投电容器 或者切电抗器控制手段；否则转入6)；

6)先按照相反的无功调节方向投切电容器、电抗器，以增加或降低母线电压，使得母 线电压具备足够的安全裕度，下轮控制调节SVC无功，从而完成静态无功与动态无功的 置换，具体而言，如果需要SVC增发无功，则根据电容器和电抗器的运行情况，本轮采 用切电容器或者投电抗器的控制手段，下轮控制再增发SVC无功；如果需要SVC减发无 功，则根据电容器和电抗器的运行情况，本轮采用投电容器或者切电抗器的控制手段，下 轮控制再减发SVC无功。

本发明提出的变电站内静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换方法，其优点是： 可以保持SVC无功调节裕度，使得电容、电抗器承担缓慢的基础的无功需求，无功裕度 充足的SVC承担快速的无功需求，从而提高电网的电压稳定性；通过求解二次规划结合 SVC的最小条件步长判断是否需要进行SVC与电容、电抗器的无功置换，解决了多SVC 共存的协调问题，减少不必要的电容、电抗器投切。

具体实施方式

本发明提出的变电站内静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换方法，包括以下 步骤：

1)将变电站内SVC的总数目记为N，第i台SVC的当前无功记为Q_Di，无功上、 下极限值分别记为无功调节量记为ΔQ_Di，预先设定SVC的默认无功出力运 行点记为取设最小、最大调节步长依次记为SVC无功裕度门槛值记为工程应用一般可以取

2)设加入无功调节量后的第i台SVC的无功裕度指标若 则转入3)，否则不进行置换控制，结束；

3)求解以下由优化目标及约束条件组成的二次规划模型，得到SVC的无功调节量， (为方便起见)以下各个量采用向量表示，优化目标为所有SVC的无功裕度指标平方和 最小(即SVC的无功裕度在平方和意义最大)，：

$\underset{{\mathrm{\Delta Q}}_D}{min}\left\{\right|\left|{\Theta }_{svc}\right|{|}^2\}$

Θ_svc是无功裕度指标向量，

约束为.

V_Bmin≤V_B0+CΔQ_D≤V_Bmax(1)

$Q_D^{DownLmt}\le Q_D+{\mathrm{\Delta Q}}_D\le Q_D^{UpLmt}---\left(2\right)$

$\left|{\mathrm{\Delta Q}}_D\right|<{\mathrm{\Delta Q}}_{svc}^{\max step}---\left(3\right)$

V_Bmin代表母线电压下限，V_Bmax代表母线电压上限，式(1)代表变电站内各母线电压 应在其设定的上下限内；代表SVC无功下限，代表SVC无功上限，ΔQ_D代 表SVC的无功调节量，Q_D代表当前SVC的无功出力，式(2)SVC设备的无功调节量 均应在其无功上下限内；代表SVC的最大调节步长，式(3)代表SVC无功调 节步长应小于其最大调节步长；C为SVC对母线的灵敏度矩阵；

4)对无功调节量再进行以下判断：设第i台SVC设备计算得到的无功调节量为ΔQ_Di， 比较ΔQ_Di和它的最小可调节无功的大小；若任意一台的SVC，均不满足 则进入5)；否则将无功调节量ΔQ_D转换成控制指令下发至各SVC，完成 SVC无功的控制；

5)SVC与电容、电抗器进行静态无功和动态无功的置换：如果当前变电站内电压条 件允许先调节SVC无功，则先直接增减SVC无功以增加动态无功裕度，下轮控制按照相 反的无功调节方向投切电容器、电抗器，从而完成静态无功与动态无功的置换，具体而言， 如果本轮SVC增发无功，那么下轮根据电容器和电抗器的运行情况，采取切电容器或者 投电抗器控制手段(电容器和电抗器不能同时投入，因此切电容和投电抗必然只有一种选 择)；如果本轮SVC减发无功，那么下轮根据电容器和电抗器的运行情况，采取投电容器 或者切电抗器控制手段；否则转入6)；

6)则先按照相反的无功调节方向投切电容器、电抗器，以增加或降低母线电压，使得 母线电压具备足够的安全裕度，下轮控制调节SVC无功，从而完成静态无功与动态无功 的置换，具体而言，如果需要SVC增发无功，则根据电容器和电抗器的运行情况，本轮 采用切电容器或者投电抗器的控制手段，下轮控制再增发SVC无功；如果需要SVC减发 无功，则根据电容器和电抗器的运行情况，本轮采用投电容器或者切电抗器的控制手段， 下轮控制再减发SVC无功。