[发明专利]特高压直流换流站与近区发电厂的无功电压协调控制方法

摘要

本发明提出一种特高压直流换流站与近区发电厂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，构造换流站的二级电压控制模型；然后对未来一段时间特高压直流换流站直流输送容量变化趋势进行判断：如果直流输送容量未来发生变化，则向区域内电厂发送AVC控制闭锁指令；否则进行特高压直流换流站直流输送容量平稳运行的协调控制，根据换流站与外部无功交换的情况实时计算换流母线的动态上下限约束，代入模型更新约束条件后得到发电机无功出力的调节量并下发近区发电厂AVC子站；该方法可以实现电网AVC与特高压直流换流站内无功控制系统的协调控制，有效保障特高压直流输电的安全稳定运行。

主权项

一种特高压直流换流站与近区发电厂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Tc到来时，记到来时刻为t0，对特高压直流换流站所在的近区电网，构造考虑换流站的二级电压控制模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：2‑1)设该近区电网区域用集合Zd来表示：Zd＝{BP,BH,BDC,G}其中，BP为区域中的中枢母线，BH为区域中的发电厂高压侧母线，BDC为区域中特高压直流换流站中换流站连接的交流母线即换流母线，G为区域中自动电压控制系统AVC控制的发电机；2‑2)确定模型的目标函数，表达式如下：minΔQg{Wp||a·(Vp-Vpref)+CgΔQg||2+Wq||Θg||2}]]>其中，Vp表示中枢母线当前电压，表示区域中的中枢母线设定电压，Cg为中枢母线无功电压灵敏度矩阵，ΔQg表示发电机无功出力的调节量，Wp和Wq为权重系数，α为增益系数，Θg为无功裕度向量，其第i个分量为:Θgi=Qgi+ΔQgi-QgiminQgimax-Qgimin]]>其中，为发电机i的当前无功出力，为发电机i的无功出力的调节量，为发电机i的无功最大值，为发电机i的无功最小值，i为发电机的序号，||Θg||2为无功裕度向量集；2‑3)确定模型的约束条件，表达式如下：C0:|Cvg·ΔQg|≤ΔVHmaxC1:VHmin≤VH+Cvg·ΔQg≤VHmaxC2:Vpmin≤Vp+Cg·ΔQg≤VpmaxC3:Qgmin≤Qg+ΔQg≤QgmaxC4:Vdcmin≤Vdc+Cdg·ΔQg≤Vdcmax]]>其中，Cvg为高压侧母线无功电压灵敏度矩阵，VH表示发电机高压侧母线的当前电压，和分别表示中枢母线电压下限和中枢母线电压上限；和分别表示发电机无功下限和无功上限；和分别表示发电机高压侧母线的电压下限、电压上限和允许的单步最大调整量，Vdc为换流母线BDC的母线电压当前值，分别为换流母线BDC安全运行电压的下限值和上限值；Cdg为区域中AVC控制的发电机G的无功对换流母线电压的准稳态灵敏度矩阵；3)从电网调度监控系统中读取特高压换流站未来时段Tt内的直流输送容量计划值，记为：其中t1～tn为未来n个控制周期的时刻，为每个时刻对应的直流输送容量计划值，n＝Tt/Tc；4)对未来时段Tt的直流输送容量变化趋势进行判断，具体步骤如下：4‑1)在初始时刻Ti＝t1时，设置直流输送趋势增加计数器直流输送趋势减少计数器4‑2)利用步骤3)得到的结果进行判定：若满足则设置进入步骤4‑3)；其中为直流输送趋势判定功率阈值；若满足则设置进入步骤4‑3)；若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4‑3)；4‑3)设置i＝i+1,并进行判定：若满足i＜n，则重新返回步骤4‑2)，否则进入步骤5)；5)对步骤4)的计数器结果进行判定：若满足或则判定未来时段Tt内的直流输送容量发生变化，进入步骤6)；否则进入步骤7)；其中为直流趋势判定的计数器阈值；6)进行特高压直流换流站直流输送容量变化过程中的协调控制，具体为：调度中心AVC主站向区域Zd内的电厂AVC子站发送AVC控制闭锁指令，电厂AVC子站收到该指令后，闭锁AVC子站的控制调节功能，进入步骤8)；7)进行特高压直流换流站直流输送容量平稳运行的协调控制，具体包括以下步骤：7‑1)调度中心AVC主站向区域Zd内的电厂AVC子站发送AVC控制解锁指令，电厂AVC子站收到该指令后，自动解除闭锁，恢复对电厂AVC子站发电机的正常调节；7‑2)从调度中心监控系统中读取特高压直流换流站与外部交流系统交换的无功容量并根据与预先设定的无功交换定值的比较结界，计算换流母线电压的动态上下限约束，具体步骤如下：7‑2‑1)设置换流母线电压的动态上限约束下限约束Vdc的初始值分别为：V‾dc=Vdcmax;V‾dc=Vdcmin]]>其中：分别为换流母线安全运行的上、下限值；7‑2‑2)分别计算换流母线电压的动态上限约束和下限约束Vdc；具体如下：如果满足：则分别计算换流母线电压的动态上限约束下限约束Vdc，表达式如下：V‾dc=Vdcreal,Vdcreal<VdcmaxVdcmax,Vdcreal≥Vdcmax;]]>V‾dc=Vdcmin]]>其中，为预先设定的换流站与外部交流系统交换的无功容量上限值，为无功判定死区；为换流母线当前的电压量测值；如果满足：则分别计算换流母线电压的动态上限束下限约束Vdc，表达式如下：V‾dc=Vdcmax;]]>V‾dc=Vdcreal,Vdcreal>VdcminVdcmin,Vdcreal≤Vdcmin]]>其中，为预先设定的换流站与外部交流系统交换的无功容量下限值；否则保持初始值7‑2‑3)将计算得到的动态上限约束下限约束Vdc，代入到步骤2)建立的模型中，将其中的约束条件C4更新为：C4:V‾dc≤Vdc+Cdg·ΔQg≤V‾dc]]>并对更新后的模型进行计算，得到发电机无功出力的调节量ΔQg并下发近区发电厂AVC子站；8)当下一个自动电压控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始下一轮计算。