专利名称：基于mcr的变电站无功电压控制方法
技术领域：
本发明涉及一种变电站无功电压控制方法，尤其是一种基于MCR(MagneticalIy Controlled Reactor-磁控电抗器)的变电站无功电压控制方法。
背景技术：
电力系统的电压是衡量电能质量的重要指标之一。电力系统常见的用电设备，如 异步电动机和各种电热设备等，只有在额定电压下运行才能取得最佳的效果，如果电压偏 移过大，势必会影响设备的寿命和效率，严重时甚至会危及电网的稳定和经济运行。电力系统的运行中，电压和无功功率的调节具有紧密的联系。因为电力系统的运 行电压水平取决于无功功率的平衡，无功不足会引起电压偏低，反之会使得电压过高，所以 有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，还能提高电力系统运行的稳定 性和安全性，充分发挥经济效益。控制变电站无功电压的传统方法是基于九区图或五区图的电容器组投切和有载 调压分接头综合控制方法，尽管该法应用普遍，但存在诸多不足(1)该法基于固定的电压无功上下限，未考虑无功与电压间相互协调的关系；(2)用于运算分析的信息具有随机性、分散性，导致控制决策的盲目不确定性，实 际表现为装置频繁调节，容易引起电压失稳；(3)两类设备动作的先后顺序对控制结果影响很大，如果顺序不当，就会发生频繁 动作、投切振荡等现象；(4)由于只要进入合格区就不再调节，这可能造成系统长时间运行在电压或功率 合格状态边缘，而未能将系统控制在额定最佳运行状态；(5)电容器和有载调压分接头控制属于有级调节电压的方式，且受到每日投切次 数的严格限制，不能实时平滑地调节输出无功功率从而确保线路电压稳定与无功平衡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可实现变电站无功电压的综合控制、实时控 制和无功功率无级调节的基于MCR的变电站无功电压控制方法。为解决上述技术问题本发明的基于MCR的变电站无功电压控制方法包括以下步 骤(1)电压分时控制以变电站低压侧电压为目标来进行，按照枢纽变电站的典型 负荷曲线划分高峰与低谷时段，设置高峰时段的控制电压上限、下限和低谷时段的控制电 压上限、下限；(2)逆调压控制根据系统有功设定的上限值和下限值，求取系统电压控制的目 标值，如果实际平均有功值超过设定的上限值，则参考电压选择电压运行的上限值Umax ；如 果实际平均有功值低于设定的下限值，则参考电压选择电压运行下限值Umin，如果实际平均 有功值位于设定的上限值和下限值范围内，则参考电压选择曲线上对应电压扎；
(3)闭环控制由步骤(1)和(2)确定电压的参考值扎，通过检测变电站侧电压U 并与参考值Ur相比较，得到差值Δ U，然后按以下步骤进行3. 1通过检测与采样计算，得到负荷端电压U与电流I ；3. 2将电压U与参考值扎相比较，得到差值AU;3. 3判断ΔU是否大于Α，当ΔU < A时，转入步骤3. 4，当| Δυ|的值大于A值时， 进行MCR容量的粗调3.3. 1如果Δ U为正，则导通角减小Q1，返回步骤3.1;3. 3.2如果AU为负，则导通角增大Q1，返回步骤3.1;直到当I Δ UI的值小于Α，而大于B时，则对MCR容量进行细调，转入步骤3. 4 ；3. 4判断ΔU是否大于B，当|Δυ|的值大于B值时，进行MCR容量的细调3. 4. 1如果Δ U为正，则导通角减小θ 2，返回步骤3. 1 ；3.4. 2如果AU为负，则导通角增大θ2，返回步骤3.1;当I Δ UI的值小于B时，进入步骤3. 5 ；3. 5判断功率因数cos口是否满足要求3. 5. 1测电压U和电流I，计算线路的功率因数cosp，并与0. 9相比较；3. 5. 2如果cos ρ大于0. 9，MCR不再动作；3. 5. 3如果cos炉小于0.9，则导通角增加θ3;3. 5. 4检测I Δ UI，当I Δ U |的值小于B时，返回步骤3. 5. 1 ；3. 5. 5当I Δ U |的值大于B时，MCR不再动作；其中，Q1大于θ2，θ2大于θ3。本发明的基于MCR的变电站无功电压控制方法中，磁控式饱和电抗器以饱和变压 器为装置本体，可控硅阀控制系统容量小，电压水平低，因而可靠性高、成本低；此外，经过 改进，使得装置谐波小、损耗低、性能高，是配电网可控补偿的首选设备。本发明利用MCR可 平滑输出无功功率的特性，与变电站中现有的电容器组和有载高压分接头相配合，可实现 无功功率的无极调节。
图1是MCR接线原理图。图2是本发明基于MCR的变电站无功电压控制方法的基本原理框图。图3是本发明中电压分时控制步骤的示意图。图4是本发明中逆调压控制步骤的示意图。图5是本发明中闭环控制步骤的示意图。
具体实施例方式本发明中，MCR本体是铁心式变压器，自耦励磁的MCR的线圈接线原理如图1所示，在电抗器边柱上分别对称地绕有匝数为#的两个线圈，每一边柱的绕组有抽头比为^ = I的抽头，它们之间接有可控硅Ι\、τ2，不同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源，电 源电压为e = tsincot。当MCR绕组接至电源电压时，在可控硅I\、T2两端感应出左右 电源电压的电压。电源电压正半周触发导通可控硅T1，其中N1 = N-Nk,在回路中产生直流控制电流i' i^Pi" k;在电源电压负半周期触发导通可控硅T2,在回路中形成直流控制电流 i' k和i〃 k。一个工频周期轮流导通T1和1~2，产生的直流控制电流i' k和i〃 k，使MCR 工作铁心饱和，输出电流增加。MCR输出电流大小取决于晶闸管控制角α，α越小，产生的 控制电流越强，从而MCR工作铁心磁饱和程度越高，输出电流越大。因此，改变晶闸管控制 角，可平滑调节MCR容量。IOkV MCR设计了四种工作运行模式定阻抗控制模式、电压优化控制模式、无功优 化控制模式、电压无功综合控制模式。(1)定阻抗控制模式即MCR按设定的容量运行，相当于一台固定容量的电抗器。 该模式一般只用于手动调试或测试磁控电抗器的性能时使用。(2)电压优化控制模式电压优化模式用于稳定IOkV母线电压。首先设定电压控 制的目标值，当系统负荷变动、低压侧投切电容或电抗等原因引起母线电压波动时，若超过 设定电压值的上限，就增加MCR的输出容量，抑制电压升高；反之，若低于设定电压值的下 限，则减小MCR的输出容量。该控制模式可以最大程度提高IOkV侧母线的电压合格率。(3)无功优化控制模式根据考核点的无功功率目标值进行调节，无功的目标值 根据运行数据的经验值来设置。对于电力系统的枢纽变电站的无功补偿，不能仅仅考虑将 无功功率补偿到最小，因为此时母线电压可能超出允许的运行范围，反而会减小电压合格 率。(4)无功电压综合控制模式由于系统电压允许在一定的范围内波动，设定电压 运行的上限、下限值，当电压符合运行范围时，MCR的运行控制以控制无功功率为主；当电 压超出了设定的范围，MCR的运行控制以电压的控制模式为主，当系统电压超上限时，增加 MCR的输出容量，直至电压回到合格的运行范围或电抗器输出容量达到最大，或系统电压越 下限时，减小MCR的输出容量，直至系统电压回到合格的运行范围或电抗器的容量已经调 节到空载容量。图2显示了本发明的基于MCR的变电站无功电压控制方法的基本原理，本法采用 无功功率和运行电压作为控制参数，以下以IOkV变电站为例，结合附图对本发明的具体实 施方式作进一步详细说明(1)电压分时控制以变电站低压侧电压为目标来进行，如图3所示，按照枢纽变 电站的典型负荷曲线初步划分20h 他时段为低谷时段，IOkV母线控制电压上下限分别 设定为10. 5kV与IOkV ；6h 20h时段为高峰时段，控制电压上下限分别设定为10. 8kV与 10. 2kV ；高峰期间设置限值较高，而低谷期间则设置限值较低，主要解决深夜和凌晨最低谷 期间的电压过高及系统无功过剩的问题。(2)逆调压控制为了充分利用MCR输出容量快速平滑调节输出容量的特点，实现 系统逆调压，即在重负荷时，使电压较高；负荷轻时，使电压较低，有利于系统稳定并降低网 损。根据系统有功设定的上限值和下限值，求取系统电压控制的目标值，它们之间的关系可 以是线性关系，也可以是非线形的关系，如图4所示，如果实际平均有功值超过设定的上限 值，则参考电压选择电压运行的上限值Umax ；如果实际平均有功值低于设定的下限值，则参 考电压选择电压运行下限值Umin，如果实际平均有功值位于设定的上限值和下限值范围内， 则参考电压选择曲线上对应电压Ur。对变电站和电抗器的输出端进行电压与电流采样，并通过PLC (Programmab 1 eLogic Controller-可编程逻辑控制器)计算出当前变电站低压侧的电压值，对采样的结 果进行计算，得出当前变电站IOkV侧实际电压值、有功功率值和无功功率值，根据图4得到 参考电压值Ur。(3)闭环控制由步骤⑴和(2)确定电压的参考值扎，将实际电压值和给定的参 考电压值Ur进行比较，实际电压和参考电压Ur之间的差值△ U经过线性化，进行逻辑判断 后，控制装置发出命令给触发控制系统。如图5所示，假如当AU > 0时，将电抗器的导通角调到0度(全投入)，此时， 若AU仍然大于0，则电抗器导通角不变；若Δυ<0，调整电抗器导通角至45°，使得MCR 的容量与线路上的容性功率大致相等。当I Δυ|的值大于5. O(A)时，如果ΔU大于0，则 导通角减小5° (Q1),如果AU小于0，则导通角增加5° (Θ》；直到当I Δυ|的值小于 5. 0(A)，而大于1.0 (B)时，根据AU的正负进行导通角的微调，如果AU大于0，则导通角减 小1° (θ2)，如果AU小于0，则导通角增加Γ (θ2)；当I Δυ|的值小于1.0⑶时，可认 为电抗器的调节已达到目的。继而检测线路的功率因数，若cos识小于0. 9，则导通角不断增加0. 5° ( θ 3)，同时 检测I Δυ|的值，直到0)印2 0.9或者I Δυ|的值大于1.0(B)时，MCR不再动作。因为根据 我国目前的有关规定，高压供电线路的功率因数应满足cgs^ > G·9，所以为尽量保证线路的 功率因数在要求范围内、实现无功功率的就地补偿，当电压在设定工作范围内时，控制系统 工作在无功模式，当电压超出设定工作范围，控制系统工作在电压模式，这样可以首先保证 电压合格，在此基础上，尽量做到无功的就地平衡。
上述列举的本发明的实施方式并非对本发明作任何形式上的限制。凡是依据本发 明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的 技术方案的范围内。
权利要求
1. 一种基于MCR的变电站无功电压控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)电压分时控制以变电站低压侧电压为目标来进行，按照枢纽变电站的典型负荷 曲线划分高峰与低谷时段，设置高峰时段的控制电压上限、下限和低谷时段的控制电压上 限、下限；(2)逆调压控制根据系统有功设定的上限值和下限值，求取系统电压控制的目标值， 如果实际平均有功值超过设定的上限值，则参考电压选择电压运行的上限值Umax ；如果实际 平均有功值低于设定的下限值，则参考电压选择电压运行下限值Umin，如果实际平均有功值 位于设定的上限值和下限值范围内，则参考电压选择曲线上对应电压Ur;(3)闭环控制由步骤⑴和(2)确定电压的参考值扎，通过检测变电站侧电压U并与 参考值Ur相比较，得到差值Δ U，然后按以下步骤进行(3. 1通过检测与采样计算，得到负荷端电压U与电流I ； 3. 2将电压U与参考值扎相比较，得到差值AU;(3. 3判断AU是否大于Α，当Δυ< A时，转入步骤3. 4，当| Δυ|的值大于A值时，进行 MCR容量的粗调(3.3. 1如果Δ U为正，则导通角减小Q1，返回步骤3.1;(3. 3. 2如果Δ U为负，则导通角增大Q1，返回步骤3. 1 ；直到当|Δυ|的值小于Α，而大于B时，则对MCR容量进行细调，转入步骤3. 4;(3. 4判断Δ U是否大于B，当I Δ UI的值大于B值时，进行MCR容量的细调(3. 4. 1如果Δ U为正，则导通角减小θ 2，返回步骤3. 1 ；(3. 4. 2如果Δ U为负，则导通角增大θ 2，返回步骤3. 1 ；当I Δυ|的值小于B时，进入步骤3. 5;(3. 5判断功率因数COS^是否满足要求(3. 5. 1测电压U和电流I，计算线路的功率因数cosp，并与0. 9相比较；(3. 5. 2如果cos口大于0. 9，MCR不再动作；(3. 5. 3如果cos口小于0. 9，则导通角增加θ 3 ；(3. 5. 4检测I Δυ|，当I Δυ|的值小于B时，返回步骤3. 5. 1 ；(3. 5. 5当I Δ UI的值大于B时，MCR不再动作；其中，91大于02，92大于03。
全文摘要
本发明公开了一种基于MCR的变电站无功电压控制方法，该方法包括电压分时控制、逆调压控制和闭环控制三步骤，利用MCR可平滑输出无功功率的特性，与变电站中现有的电容器组和有载高压分接头相配合，实现变电站无功电压的综合控制、实时控制和无功功率无级调节。
文档编号H02J3/12GK102055195SQ20101058599
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者何志杰, 史欢, 宋运平, 彭泽华, 曾文君, 禤亮, 陈丹, 韦毅, 黄晓胜, 黄维斌 申请人:广西电网公司南宁供电局