一种SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法和系统与流程

本发明涉及电气工程技术，具体涉及一种SVG(动态无功补偿装置)和固定无功补偿设备的协调控制方法和系统。

背景技术：

变电站中一般配置有多组电容器组和电抗器组，通过单组投入或退出改变接入电网的无功大小，可调节变电站的电压并平衡站内无功。当变电站有较大的无功波动性负荷时，电容器组、电抗器组需要频繁投切，容易造成损坏。SVG(Static Var Generator，动态无功补偿装置)是一种新型无功补偿设备，可连续进行无功调节，响应速度快，目前在电力系统已得到了广泛应用。当变电站中同时装有电容器组、电抗器组和多台SVG时，需要考虑一种各类型无功设备间协调控制的策略，在满足控制目标的同时，能充分发挥各类无功设备的优势，提高设备利用率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现对变电站内的多台SVG、电容器组和电抗器组等无功设备进行综合协调自动控制，满足电压无功调节要求，并减小电容器组和电抗器组的投切次数的SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法和系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法，步骤包括：

1)分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制；

2)检测SVG的投入状态，当SVG投入运行时，如果SVG的感性无功超过设定的感性无功置换门限，则投入一组电抗或切除一组电容，如果SVG的容性无功超过设定的容性无功置换门限，则投入一组电容器或切除一组电抗器；同时，检测电容器组和电抗器组的投入状态，当需要投入一组电容器组时，先判断是否有电抗器组已投入，若有电抗器组已投入则逐步切除所有电抗器组后再投入电容器，否则直接投入电容器组；当需要投入一组电抗器组时，先判断是否有电容器组已投入，若有电容器组已投入则逐步切除所有电容器组后再投入电抗器，否则直接投入电抗器组。

优选地，所述步骤1)中分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制时，对SVG的控制方法如下：

S1)检测变电站的系统电压，如果系统电压低于设定的暂态电压下限U_LL时，将SVG无条件快速输出额定感性无功，如果系统电压高于设定的暂态电压上限U_HH时，则将SVG无条件快速输出额定容性无功；

S2)将变电站的电压有效值U₀和用于SVG调节时的变电站电压的第一调节上限U_H和第一调节下限U_L进行比较，如果电压有效值U₀大于第一调节上限U_H则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上增加设定的无功增量△Q以增加感性无功输出，如果电压有效值U₀小于第一调节下限U_L则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上减去设定的无功增量△Q以增加容性无功输出，否则跳转执行步骤S3)；

S3)将变电站的线路无功水平Q_S和设定的线路无功允许的无功上限Q_H和无功下限Q_L进行比较，如果线路无功水平Q_S大于无功上限Q_H则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上减去设定的无功增量△Q以增加容性无功输出，如果线路无功水平Q_S小于无功下限Q_L则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上增加设定的无功增量△Q以增加感性无功输出。

优选地，所述步骤1)中分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制时，对电容器组的控制方法如下：将本变电站的电压有效值U₀和设定的变电站电压的第二调节上限U_H1和第二调节下限U_L1进行比较，当电压有效值U₀小于第二调节下限U_L1时，按指定的顺序投入一组电容器组；当电压有效值U₀大于第二调节上限U_H1时，按指定的顺序切除一组电容器组。

优选地，所述步骤1)中分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制时，对电抗器组的控制方法如下：将本变电站的电压有效值U₀和设定的变电站电压的第二调节上限U_H1和第二调节下限U_L1进行比较，当电压有效值U₀大于第二调节上限U_H1时，按指定的顺序投入一组电抗器组；当电压有效值U₀小于第二调节下限U_L1时，按指定的顺序切除一组电抗器组。

优选地，所述暂态电压上限U_HH高于第二调节上限U_H1，所述第二调节上限U_H1高于第一调节上限U_H，所述第二调节下限U_L1低于第一调节下限U_L，所述第一调节下限U_L低于暂态电压下限U_LL。

优选地，所述变电站内的SVG的数量为两台以上，且SVG间通过高速光纤互联的方式进行通信互相传递输出的无功，然后通过功率平均的方式得到各自的无功参考。

本发明还提供一种SVG和固定无功补偿设备的协调控制系统，包括：

独立控制单元，用于分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制；

协调控制单元，用于检测SVG的投入状态，当SVG投入运行时，如果SVG的感性无功超过设定的感性无功置换门限，则投入一组电抗或切除一组电容，如果SVG的容性无功超过设定的容性无功置换门限，则投入一组电容器或切除一组电抗器；同时，检测电容器组和电抗器组的投入状态，当需要投入一组电容器组时，先判断是否有电抗器组已投入，若有电抗器组已投入则逐步切除所有电抗器组后再投入电容器，否则直接投入电容器组；当需要投入一组电抗器组时，先判断是否有电容器组已投入，若有电容器组已投入则逐步切除所有电容器组后再投入电抗器，否则直接投入电抗器组。

优选地，所述独立控制单元包括用于控制SVG的SVG控制模块，所述SVG控制模块包括：

系统电压检测子模块，用于检测变电站的系统电压，如果系统电压低于设定的暂态电压下限U_LL时，将SVG无条件快速输出额定感性无功，如果系统电压高于设定的暂态电压上限U_HH时，则将SVG无条件快速输出额定容性无功；

电压有效值检测子模块，用于将变电站的电压有效值U₀和用于SVG调节时的变电站电压的第一调节上限U_H和第一调节下限U_L进行比较，如果电压有效值U₀大于第一调节上限U_H则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上增加设定的无功增量△Q以增加感性无功输出，如果电压有效值U₀小于第一调节下限U_L则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上减去设定的无功增量△Q以增加容性无功输出，否则跳转执行线路无功水平检测子模块；

线路无功水平检测子模块，用于将变电站的线路无功水平Q_S和设定的线路无功允许的无功上限Q_H和无功下限Q_L进行比较，如果线路无功水平Q_S大于无功上限Q_H则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上减去设定的无功增量△Q以增加容性无功输出，如果线路无功水平Q_S小于无功下限Q_L则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上增加设定的无功增量△Q以增加感性无功输出。

优选地，所述独立控制单元包括用于控制电容器组的电容器组控制模块，所述电容器组控制模块包括：

第一电压有效值检测子模块，用于将本变电站的电压有效值U₀和设定的变电站电压的第二调节上限U_H1和第二调节下限U_L1进行比较；

电容器组投切子模块，用于在当电压有效值U₀小于第二调节下限U_L1时，按指定的顺序投入一组电容器组；当电压有效值U₀大于第二调节上限U_H1时，按指定的顺序切除一组电容器组。

优选地，所述独立控制单元包括用于控制电抗器组的电抗器组控制模块，所述电抗器组控制模块包括：

第二电压有效值检测子模块，用于将本变电站的电压有效值U₀和设定的变电站电压的第二调节上限U_H1和第二调节下限U_L1进行比较；

电抗器组投切子模块，用于在当电压有效值U₀大于第二调节上限U_H1时，按指定的顺序投入一组电抗器组；当电压有效值U₀小于第二调节下限U_L1时，按指定的顺序切除一组电抗器组。

本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法具有下述优点：

1、本发明实现了变电站的动态无功设备SVG、固定无功补偿设备中的电容器组和固定无功补偿设备中的电抗器组间的协调控制，充分发挥了各无功补偿设备的优势，提高了设备的利用率；

2、本发明对各无功设备进行相对独立的控制，易于工程实施。

3、本发明通过合理设置控制门限，避免了调节振荡，降低了电容器组和电抗器组的投切次数，提高了固定无功设备的可靠性。

本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制系统为本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法完全对应的装置，因此其同样也具有本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为应用本实施例方法的变电站无功补偿设备主接线示意图。

图2为本实施例方法的基本流程示意图。

图3为本实施例中的电压无功门限示意图。

具体实施方式

参见图1，下文将以配置七组电容器组(电容器组#1～电容器组#7)、四组电抗器组(电抗器组#1～电抗器组#4)和两台SVG的变电站为例，对本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法和系统进行进一步的详细说明。在该变电站中，将七组电容器组的开入开出电气信号接入SVG#1，由SVG#1负责所有电容器组的投入和退出控制，将四组电抗器组的开入开出电气信号接入SVG#2，由SVG#2进行所有电抗器组的投入和退出控制，SVG#1和SVG#2之间通过高速光纤信号连接。

如图2所示，本实施例SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法的步骤包括：

1)分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制；

2)检测SVG的投入状态，当SVG投入运行时，如果SVG的感性无功超过设定的感性无功置换门限，则投入一组电抗或切除一组电容，如果SVG的容性无功超过设定的容性无功置换门限，则投入一组电容器或切除一组电抗器；同时，检测电容器组和电抗器组的投入状态，当需要投入一组电容器组时，先判断是否有电抗器组已投入，若有电抗器组已投入则逐步切除所有电抗器组后再投入电容器，否则直接投入电容器组；当需要投入一组电抗器组时，先判断是否有电容器组已投入，若有电容器组已投入则逐步切除所有电容器组后再投入电抗器，否则直接投入电抗器组。

通过上述步骤1)和2)可知，本实施例SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法根据控制目标对SVG、电容器组和电抗器组分别实行不同的控制策略；同时根据SVG的实际无功输出投退电容器组和电抗器组，以实现多无功设备的协调控制；在多台SVG间通过通信进行协调控制，其控制方法可以分为下述部分：

(1)对SVG的控制方法。

本实施例骤1)中分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制时，SVG根据系统电压和系统无功需求增加无功或减少无功输出，对SVG的控制方法如下：

S1)检测变电站的系统电压，如果系统电压低于设定的暂态电压下限U_LL时，将SVG无条件快速输出额定感性无功，如果系统电压高于设定的暂态电压上限U_HH时，则将SVG无条件快速输出额定容性无功；

S2)将变电站的电压有效值U₀和用于SVG调节时的变电站电压的第一调节上限U_H和第一调节下限U_L进行比较，如果电压有效值U₀大于第一调节上限U_H则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上增加设定的无功增量△Q以增加感性无功输出(Q'_SVGx＝Q_SVG+△Q)，如果电压有效值U₀小于第一调节下限U_L则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上减去设定的无功增量△Q以增加容性无功输出(Q'_SVGx＝Q_SVG-△Q)，否则跳转执行步骤S3)；其中，Q_SVG是上次SVG的无功输出，Qˊ_SVGx是本次控制SVG的无功参考，△Q为无功增量，可取SVG额定容量的百分比，设感性为正，容性为负；

S3)将变电站的线路无功水平Q_S和设定的线路无功允许的无功上限Q_H和无功下限Q_L进行比较，如果线路无功水平Q_S大于无功上限Q_H则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上减去设定的无功增量△Q以增加容性无功输出(Q'_SVGx＝Q_SVG-△Q)，如果线路无功水平Q_S小于无功下限Q_L则将SVG的本次的无功参考Qˊ_SVGx在原有无功输出Q_SVG的基础上增加设定的无功增量△Q以增加感性无功输出(Q'_SVGx＝Q_SVG+△Q)。

本实施例在步骤S2)中调节时间间隔可设为1秒，无功增量幅度可设为SVG额定容量的5％；步骤S3)中调节时间间隔可设为2秒，无功增量幅度可设为SVG额定容量的10％。毫无疑问，调节无功参考Qˊ_SVGx的时间间隔和无功增量△Q的幅度可根据需要进行选择，在任何情况下，系统电压低于暂态电压下限U_LL时，SVG无条件快速输出额定感性无功，系统电压高于暂态电压上限U_HH时，SVG无条件快速输出额定容性无功。

(2)对电容器组的控制方法。

本实施例步骤1)中分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制时，对电容器组的控制方法如下：将本变电站的电压有效值U₀和设定的变电站电压的第二调节上限U_H1和第二调节下限U_L1进行比较，当电压有效值U₀小于第二调节下限U_L1时，按指定的顺序投入一组电容器组；当电压有效值U₀大于第二调节上限U_H1时，按指定的顺序切除一组电容器组。

(3)对电抗器组的控制方法。

本实施例步骤1)中分别按照预设控制策略对变电站内的SVG、电容器组、电抗器组进行控制时，对电抗器组的控制方法如下：将本变电站的电压有效值U₀和设定的变电站电压的第二调节上限U_H1和第二调节下限U_L1进行比较，当电压有效值U₀大于第二调节上限U_H1时，按指定的顺序投入一组电抗器组；当电压有效值U₀小于第二调节下限U_L1时，按指定的顺序切除一组电抗器组。

(4)电容器组、电抗器组之间的协调控制方法。

参见步骤2)的记载，当需要投入一组电容器组时，先判断是否有电抗器组已投入，若有电抗器组已投入，先逐一切除电抗器组，直到所有的电抗器组已切除再投入电容器组；若无电抗器组已投入，则直接投入电容器组。当需要投入一组电抗器组时，先判断是否有电容器组已投入，若有电容器组已投入，先逐一切除电容器组，直到所有的电容器组已切除再投入电抗器组；若无电容器组已投入，则直接投入电抗器组。

(5)SVG分别与电容器组、电抗器组之间的协调控制方法。

参见步骤2)的记载，当变电站内的SVG投入运行时，两台SVG的无功和超过设定的感性无功置换门限时，发命令投入一组电抗或切除一组电容，当两台SVG的无功和超过设定的容性无功置换门限时，发命令投入一组电容器或切除一组电抗器，从而能够实现固定无功补偿和动态无功补偿的置换。

(6)多SVG间的协调控制方法。

本实施例中变电站具体采用两台SVG，且SVG间通过高速光纤互联的方式进行通信互相传递输出的无功，然后通过功率平均的方式得到各自的无功参考，此外也可以根据需要采用一台或者更多的SVG，其原理与本实施例相同，当变电站内的SVG的数量为两台以上时，SVG之间需要相互通信以计算无功参考。

如图3所示，本实施例中暂态电压上限U_HH高于第二调节上限U_H1，所述第二调节上限U_H1高于第一调节上限U_H，所述第二调节下限U_L1低于第一调节下限U_L，所述第一调节下限U_L低于暂态电压下限U_LL。由于，第二调节上限U_H1高于第一调节上限U_H，第二调节下限U_L1低于第一调节下限U_L，这样保证在电压越界时SVG优先动作，降低电容器组和电抗器组的动作次数。此外，图3中还表达出了设定的线路无功允许的无功上限Q_H和无功下限Q_L。

需要说明的是，图1所示拓扑结构实施例仅仅是对本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法的示例性说明，但是本发明SVG和固定无功补偿设备的协调控制方法的应用不限于本实施例中的主接线结构。

综上所述，本实施例根据控制目标分别对SVG、电容器组和电抗器组分别实施不同的控制策略；同时根据SVG的实际无功输出投退电容器组和电抗器组，通过静态无功和动态无功的等效置换实现多无功设备的协调控制；在多台SVG间通过光纤通信进行协调控制，SVG根据系统电压和系统无功需求增加无功或减少无功输出，电容器组和电抗器组根据系统电压进行投入和退出。用于电容和电抗器组判断而设置的电压上限高于用于SVG判断而设置的电压上限，用于电容和电抗器组判断而设置的电压下限高于用于SVG判断而设置的电压下限，保证电压越界时SVG优先动作，降低电容器组和电抗器组的动作次数。本实施例通过对变电站内的多台SVG、电容器组和电抗器组等多种类型的无功设备进行综合调控，满足电压无功调节要求，实现各类型无功设备的合理利用。本发明根据控制目标对SVG、电容器组和电抗器组分别进行实行不同的控制策略；在控制电压时采用不同的电压上下限，保证在电压越界时SVG优先动作；同时根据SVG的实际无功输出投退电容器组和电抗器组，以实现稳态无功容量和动态无功容量的等效置换；在多台SVG间通过光纤通信进行协调控制。本发明在控制上对三种设备采用不同的控制策略，实现了稳态无功容量和动态无功容量的等效置换，有效降低了电容器组和电抗器组的动作次数，控制方法简单有效，具有较强的工程实施性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。