电网中特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法与流程

本发明涉及一种电网中特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法，属于电网调度技术领域。

背景技术：

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发电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。

特高压换流站调相机具有良好的次暂态特性，故障发生瞬间可使电势不发生变化，并瞬时发出或吸收无功。将特高压换流站调相机安装在直流受端后，能发出无功，为电网电压提供支撑，特别是多直流馈入电网，能提高同时换相成功率，从而保证电网安全特高压换流站调相机具有良好的次暂态特性，故障发生瞬间可使电势不发生变化，并瞬时发出或吸收无功。将特高压换流站调相机安装在直流受端后，能发出无功，为电网电压提供支撑，特别是多直流馈入电网，能提高同时换相成功率，从而保证电网安全将特高压换流站调相机安装在直流送端后，能吸收无功，对暂态过电压予以限制，特别是新能源外送的直流送端，能对新能源的脱网予以有效抑制，使其输送比例符合要求。特高压换流站调相机具有良好的暂态特性，也就是强励特性，能在较短的时间内发出不少于额定功率两倍的无功。将特高压换流站调相机安装在直流受端后，如果系统产生故障使电压明显跌落，则特高压换流站调相机将开始强励，保证系统稳定，为直流功率与电压的恢复创造良好条件，起到避免电压崩溃的作用。

随着特高压直流建设的发展，我国已步入区域电网大容量特高压交直流互联新时代，电网“强直弱交”特性突出。华东电网作为世界上直流输电系统馈入最多的受端电网，直流系统带来的电压稳定等问题十分突出。直流换相失败及恢复过程中，会从系统吸收大量无功，若换相失败导致直流闭锁，将对电网稳定产生冲击。通过与其他无功设备对比，新一代特高压换流站调相机可以通过强励提供动态电压支撑，降低直流系统发生换相失败的风险，利用特高压换流站调相机次暂态特性抑制电压波动，系统电压迅速恢复，通过分析表明，特高压换流站调相机可以提高系统的静态电压稳定裕度，提高系统暂态电压稳定水平，解决受端电网各种类型的电压稳定问题。稳态运行时，特高压换流站调相机还可以维持电压稳定，作为区域电压调节手段。2015年底，国网公司决定在各区域电网内配置一定数量的特高压换流站调相机。华东电网的特高压换流站调相机配置在8个换流站：金华换流站、奉贤换流站、苏州换流站、政平换流站、淮安换流站、绍兴换流站、泰州换流站、古泉换流站，共计配置18台300mvar特高压换流站调相机。特高压换流站调相机组采用特高压换流站调相机－变压器单元接线，接入500kv换流站母线，或接入500kv滤波器母线。电网应通过avc控制保证受端电网保留足够的动态无功储备，动态无功补偿装置如何定位其角色是一个新问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种电网中特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法，明确不同励磁控制模式之间的切换逻辑，实行特高压换流站调相机与电厂无功设备的协调控制，为特高压换流站调相机预留足够的无功裕度，提高电网的静态电压稳定裕度，同时提高电网暂态电压稳定水平。

本发明提出的电网中特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法，该方法包括以下步骤：

(1)设定自动电压控制周期为tc；

(2)从电网调度系统获取电网网络结构数据，构造一个与特高压换流站500kv母线协调控制的区域电网模型，记为

其中，表示特高压换流站和近区参与协调控制500kv电厂，总计n座，表示特高压换流站和近区参与协调控制500kv电厂内参与协调控制的500kv母线，500kv母线总计有k条；

(3)在每个自动电压控制周期tc到来时，从电网自动电压控制系统中分别读取特高压换流站调相机s的无功正常运行点参数qnom-s、特高压换流站调相机s无功置换门槛值参数qmax和无功调节步长qstep，并读取特高压换流站调相机s对特高压换流站500kv母线m的无功电压灵每度cs-m,m∈k；

(4)从电网调度系统中读取特高压换流站内500kv母线m的电压量测值vm,从电网自动电压控制系统中读取500kv母线m的运行上限参数值vm-max和运行下限参数值vm-min，对vm进行判断：

vm-min＜vm＜vm-max(1)

vm≤vm-min或vm≥vm-max(2)

若vm满足式(1)，则进入步骤(5)，若vm满足式(2)，返回步骤(2)；

(5)从电网调度系统中读取特高压换流站调相机s的实时无功功率量测值qr-s,对qr-s进行判断，若qr-s≠qnom-s，则进入步骤(6),若qr-s＝qnom-s，则不需要进行无功置换，返回步骤(2)；

(6)计算特高压换流站调相机s的无功置换量δq，δq＝qnom-s-qr-s，对δq进行判断，若|δq|＞qstep，则计算特高压换流站调相机s实际无功置换量δqs,若δq≥0则δqs＝qstep,若δq＜0则δqs＝-(qstep)，进入步骤(7)，若|δq|≤qstep，则返回步骤(2)；

(7)根据步骤(2)中读取的特高压换流站调相机s对特高压换流站500kv母线m的无功电压灵敏度参数cs-m，计算特高压换流站调相机s按无功置换量δqs进行调整后,特高压换流站500kv母线m电压值v’m，v’m＝vm+(cs*δqs)；

(8)对步骤(7)计算的v’m进行判断,若满足vm-min＜v’m＜vm-max，则进入步骤(10),若满足v’m≤vm-min或者v’m≥vm-max，则进入步骤(9)；

(9)从电网自动电压控制系统中读取特高压换流站和近区500kv电厂内参与协调控制的500kv母线的灵敏度矩阵csens-k，遍历灵敏度矩阵csens-k中所有参与协调控制的500kv母线,读取参与协调控制的500kv母线对特高压换流站母线m的灵敏度,按灵敏度从大到小形成数组c[j][csens-j-m],其中j表示母线的编号，j∈k,csens-j-m表示编号为j的母线对特高压换流站母线m的灵敏度值,设j＝1,若v’m≤vm-min则进入步骤(9-1),若v’m≥vm-max进入步骤(9-2)；

(9-1)选择与编号为j的母线相对应的近区参与协调控制的500kv电厂内的可调整无功资源参与协调，计算生成电厂协助提升特高压换流站母线m的电压的增加无功，具体过程如下：

(9-1-1)计算电厂协助提升特高压换流站母线m的电压调整量δvadd，δvadd＝vm-min-v’m，根据读到的编号为j的母线对特高压换流站母线m的灵敏度值csens-j-m，计算出组电厂的无功调整量δqj-add.

(9-1-2)从电网调度系统中读取电厂的可增无功值qadd-j,对qadd-j进行判断,若qadd-j≥δqj-add，则进入步骤(9-1-3),若qadd-j＜δqj-add，则进入步骤(9-1-4)；

(9-1-3)从电网调度系统中读取电厂的无功量测qj、无功上限值qmax-j和无功下限值qmin-j,计算电厂参与协调的无功量测q’j,q’j＝qj+δqj-add，对无功量测q’j进行判断，若q’j≥qmax-j，则进入步骤(9-1-3),若q’j＜qmax-j，则电厂增加无功δqj-add；

(9-1-3)使j＝j+1，返回步骤(9-1)；

(9-2)选择与编号为j的母线相对应的近区参与协调控制的500kv电厂内的可调整无功资源，计算生成电厂协助降低特高压换流站母线m的电压的减少无功，具体过程如下：

(9-2-1)计算电厂协助降低特高压换流站母线m的电压调整量δvdec，δvdec＝v’m-vm-max，根据读到的编号为j的母线对特高压换流站母线m的灵敏度值csens-j-m，计算出组电厂的无功调整量δqj-dec.

(9-2-2)从电网调度系统中读取电厂的减无功值qdec-j,对qdec-j进行判断,若qdec-j≥δqj-dec，则进入步骤(9-1-3),若qdec-j＜δqj-dec，则进入步骤(9-1-4)；

(9-2-3)从电网调度系统中读取电厂无功量测qj、无功下限值qmin-j,对电厂参与协调的无功量测q’j,q’j＝qj-δqj-dec进行判断，若q’j≥qmin-j，则进入步骤(9-1-3),若q’j＜qmin-j，则电厂减少无功δqj-dec；

(10)对步骤(6)的特高压换流站调相机s的无功调整量δqs进行判断，若δqs＞0，则特高压换流站调相机s投入容性无功功率δqs,若δqs＝0,则特高压换流站调相机s保持原有无功功率不变,若δqs＜0，则特高压换流站调相机s投入感性无功功率|δqs|，使得特高压换流站调相机s的无功值为无功正常运行点参数qnom-s的范围，实现电网中特高压换流站调相机与电厂的无功置换。

本发明提出的电网中特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法，其优点是：

本发明的特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法，根据特高压换流站调相机avc功能投入的电压条件和在特高压换流站调相机所在的高压直流换流站及近区电网建立二级电压控制区域，明确不同励磁控制模式之间的切换逻辑，对该区域实行特高压换流站调相机与电厂无功设备的协调控制，为特高压换流站调相机预留足够的无功裕度，提高了电网的静态电压稳定裕度，因而提高了电网暂态电压稳定水平。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的电网中特高压换流站调相机与近区电厂的无功置换方法，其流程框图如图1所示，该方法包括以下步骤：

(1)设定自动电压控制周期为tc；

(2)从电网调度系统获取电网网络结构数据，构造一个与特高压换流站500kv母线协调控制的区域电网模型，记为

其中，表示特高压换流站和近区参与协调控制500kv电厂，总计n座，表示特高压换流站和近区参与协调控制500kv电厂内参与协调控制的500kv母线，500kv母线总计有k条；

(3)在每个自动电压控制周期tc到来时，从电网自动电压控制系统中分别读取特高压换流站调相机s的无功正常运行点参数qnom-s、特高压换流站调相机s无功置换门槛值参数qmax和无功调节步长qstep，并读取特高压换流站调相机s对特高压换流站500kv母线m的无功电压灵每度cs-m,m∈k；

(4)从电网调度系统中读取特高压换流站内500kv母线m的电压量测值vm,从电网自动电压控制系统中读取500kv母线m的运行上限参数值vm-max和运行下限参数值vm-min，对vm进行判断：

vm-min＜vm＜vm-max(1)

vm≤vm-min或vm≥vm-max(2)

若vm满足式(1)，则进入步骤(5)，若vm满足式(2)，返回步骤(2)；

(5)从电网调度系统中读取特高压换流站调相机s的实时无功功率量测值qr-s,对qr-s进行判断，若qr-s≠qnom-s，则进入步骤(6),若qr-s＝qnom-s，则不需要进行无功置换，返回步骤(2)；

(6)计算特高压换流站调相机s的无功置换量δq，δq＝qnom-s-qr-s，对δq进行判断，若|δq|＞qstep，则计算特高压换流站调相机s实际无功置换量δqs,若δq≥0则δqs＝qstep,若δq＜0则δqs＝-(qstep)，进入步骤(7)，若|δqs|≤qstep，则返回步骤(2)；

(7)根据步骤(2)中读取的特高压换流站调相机s对特高压换流站500kv母线m的无功电压灵敏度参数cs-m，计算特高压换流站调相机s按无功置换量δqs进行调整后,特高压换流站500kv母线m电压值v’m，v’m＝vm+(cs*δqs)；

(8)对步骤(7)计算的v’m进行判断,若满足vm-min＜v’m＜vm-max，则进入步骤(10),若满足v’m≤vm-min或者v’m≥vm-max，则进入步骤(9)；

(9)从电网自动电压控制系统中读取特高压换流站和近区500kv电厂内参与协调控制的500kv母线的灵敏度矩阵csens-k，遍历灵敏度矩阵csens-k中所有参与协调控制的500kv母线,读取参与协调控制的500kv母线对特高压换流站母线m的灵敏度,按灵敏度从大到小形成数组c[j][csens-j-m],其中j表示母线的编号，j∈k,csens-j-m表示编号为j的母线对特高压换流站母线m的灵敏度值,设j＝1,若v’m≤vm-min则进入步骤(9-1),若v’m≥vm-max进入步骤(9-2)；

(9-1)选择与编号为j的母线相对应的近区参与协调控制的500kv电厂内的可调整无功资源参与协调，计算生成电厂协助提升特高压换流站母线m的电压的增加无功，具体过程如下：

(9-1-1)计算电厂协助提升特高压换流站母线m的电压调整量δvadd，δvadd＝vm-min-v’m，根据读到的编号为j的母线对特高压换流站母线m的灵敏度值csens-j-m，计算出组电厂的无功调整量δqj-add.

(9-1-2)从电网调度系统中读取电厂的可增无功值qadd-j,对qadd-j进行判断,若qadd-j≥δqj-add，则进入步骤(9-1-3),若qadd-j＜δqj-add，则进入步骤(9-1-4)；

(9-1-3)从电网调度系统中读取电厂的无功量测qj、无功上限值qmax-j和无功下限值qmin-j,计算电厂参与协调的无功量测q’j,q’j＝qj+δqj-add，对无功量测q’j进行判断，若q’j≥qmax-j，则进入步骤(9-1-3),若q’j＜qmax-j，则电厂增加无功δqj-add；

(9-1-3)使j＝j+1，返回步骤(9-1)；

(9-2)选择与编号为j的母线相对应的近区参与协调控制的500kv电厂内的可调整无功资源，计算生成电厂协助降低特高压换流站母线m的电压的减少无功，具体过程如下：

(9-2-1)计算电厂协助降低特高压换流站母线m的电压调整量δvdec，δvdec＝v’m-vm-max，根据读到的编号为j的母线对特高压换流站母线m的灵敏度值csens-j-m，计算出组电厂tj⁵⁰⁰的无功调整量δqj-dec.

(9-2-2)从电网调度系统中读取电厂的减无功值qdec-j,对qdec-j进行判断,若qdec-j≥δqj-dec，则进入步骤(9-1-3),若qdec-j＜δqj-dec，则进入步骤(9-1-4)；

(9-2-3)从电网调度系统中读取电厂无功量测qj、无功下限值qmin-j,对电厂参与协调的无功量测q’j,q’j＝qj-δqj-dec进行判断，若q’j≥qmin-j，则进入步骤(9-1-3),若q’j＜qmin-j，则电厂减少无功δqj-dec；

(10)对步骤(6)的特高压换流站调相机s的无功调整量δqs进行判断，若δqs＞0，则特高压换流站调相机s投入容性无功功率δqs,若δqs＝0,则特高压换流站调相机s保持原有无功功率不变,若δqs＜0，则特高压换流站调相机s投入感性无功功率|δqs|，使得特高压换流站调相机s的无功值为无功正常运行点参数qnom-s的范围，实现电网中特高压换流站调相机与电厂的无功置换。