基于cr+sc的svc协调控制策略

基于cr+sc的svc协调控制策略

无功补偿装置静态功率补偿装置svc作为一种联合补偿装置，在电气系统的动态补偿中得到了广泛应用。其典型代表是晶体门压板（tsc）和晶体门压板控制装置（tr）。这两种无功补偿器有各自的局限性:TCR只调节电抗器,补偿感性无功;TSC只快速投切电容器,补偿容性无功。为扩大无功调节范围,使无功控制范围从容性无功变化到感性无功,可将TCR、并联电容器(FC)和TSC组合使用。常用的方式有TCR+TSC、TCR+FC、TCR+TSC+FC。近年来,一些经济发达地区迅速发展成负荷中心,部分负荷中心缺乏大电源支撑,发生严重的多重故障时,可能导致电网电压崩溃。另外,大电源功率外送时,可能造成部分输电断面潮流较重;长期接近甚至超过稳定极限运行,可能会导致电网按原运行方式设置的无功补偿装置容量不足,电压难以控制。目前,电网电压主要依靠发电机无功出力,并联无功补偿设备和变压器分接头调节。为加强电网的电压调节能力和调节手段,提高电网稳态电压运行水平和扰动后的暂态电压水平,可采用SVC等动态无功补偿措施。TSC+TCR型SVC是连续控制的无功补偿器,谐波含量低,而且响应速度快,可快速改变发出的无功,具有较强的无功调节能力,提供动态无功补偿,从而提供动态电压支撑,加快暂态电压恢复,提高系统电压稳定水平。1tsc+tcr补偿器TCR的基本元件是一个电抗器,与双向晶闸管开关串联。通过控制触发角,晶闸管可在电源频率的正负半周轮流导通。TCR可看作一个可变电纳,连续可调,但只在感性无功范围内。TSC只调节电容器,可补偿系统所需的无功功率。如果级数分得足够细,基本可实现无级调节。但由于每级均需晶闸管阀,从性价比考虑,不宜分得太细。TSC的每个分级之间的无功功率可通过TCR来连续调节,所以TSC装置一般与电感并联,即组成TSC+TCR补偿器。图1为SVC和电力系统的V/I特性,通过TCR和TSC配合,SVC无功调节范围可实现从容性无功到感性无功变化,能连续调节补偿装置的无功功率,使补偿点的电压接近维持不变。2测试系统与tsc-tr模式的svc时间域的模拟模型本文以某工程为例,建立PSCAD/EMTDC系统模型,对TCR+TSC型SVC的协调控制策略进行分析。2.1变电站安装svc模型如图2所示,为一单机无穷大系统向变电站送电,变电站安装了一台SVC。当220kV线路发生故障时,SVC快速跟踪并响应,平滑调整无功输出以迅速提供电压支撑。2.2星型滤波器和星型滤波器TSC+TCR型SVC主回路模型如图3,由采用三角形接线的三相TSC(50Mvar)与三相TCR(50Mvar)和采用星型接线5次滤波器(5Mvar)组成。实际工程中,变电站TSC支路只设一组,滤波器主要滤除TCR产生的谐波。2.3tcr+tsc型svc的协调控制原则TSC只在容性无功范围内变化,TCR只在感性无功范围内变化。当系统发生暂态过程、电压偏低时,TSC投入,发出容性无功,提升电压,使系统电压恢复。但一次投入的TSC的容性无功,其多余的量存在于SVC,需TCR动作来抵消多余的容性电纳,最终使电压保持接近于1p.u.。因此,TCR+TSC型SVC的协调控制原则是以TSC作分级粗调、以TCR作相控细调,从而达到从容性无功到感性无功连续可调的目的。若只投TCR则不能发出容性无功,无法提供动态电压支撑;若只投TSC,当系统电压恢复时,多余的容性无功没有感性无功来抵消,就会导致电压过高。因此,TCR和TSC二者需协调配合。2.4脉冲触发单元tscTSC+TCR型SVC控制系统模型如图4所示,主要由测量单元、调节器、脉冲发生器、同步系统和特殊应用功能单元组成。在测量单元中,采用电压作为输入量。本仿真用带有电流偏差的对称三相电压调节器控制SVC的三相工作点,因而SVC的调节是基于三相电压的平均值。在测量单元的交流侧完成偏差电流作用于网络电压的校正,然后对已校正的网络电压进行整流滤波。采用PI调节器控制电压,测得的控制变量与参考信号(Vref)相比较,偏差输入到PI调节器,其输出(标么值电纳Bref)再送至触发脉冲发生电路。在脉冲触发单元中,对于多级TSC,应先确定为满足容性电纳需求而投入的TSC支路数(本测试系统只有一级,即容性电纳一次投入即可,同时允许过量的容性电纳存入SVC),然后计算TCR的感性电纳以抵消多余的容性电纳,最后根据给定电纳计算TCR的触发角。TCR等效电纳与触发角α的函数为可见,B(α)与α呈非线性函数关系。根据SVC工作区域的限制,通过线性化器将电纳值转化为触发角,以触发TCR的晶闸管。与TCR不同,TSC仅用于投入或者切除电容器组。脉冲发生控制环节产生并分配触发脉冲,同步信号发生器产生的参考脉冲用于调整脉冲的触发时间。当参考脉冲与系统电压同步时,脉冲的触发时间受电压畸变的影响不能过大,以限制可能导致电压畸变加剧或控制不稳的非特征谐波的产生。本文采用锁相环同步装置处理这一问题。3模拟3.1svc的组成图2的系统参数为:电源电压500kV,双回线路分别为50km的架空线路,滤波器L=4.3mH、C=94.44μF,滤波器支路为星形连接。10kV侧母线共安装8组电容器(每组10.02Mvar)。SVC由采用三角形接线的三相TSC与三相TCR组成(均50Mvar)。其中,TSC支路数为1,SVC控制器参数为Kp、Ti。3.2性能参数设计系统在0s时刻开始运行,变电站220kV侧出线断路器断开后系统出现暂态过程,0.5s时刻,断路器合上。1.0s时刻,图2所示一回传输线路中发生A相接地短路故障,经过0.09s后,故障切除。SVC跟踪220kV母线电压,Kp=0.02,Ti=0.005,其220kV电压(Vrms.220)、10kV电压(Vrms.10)和参考电压(Vref)的变化情况如图5,TCR和TSC的动作情况如图6,总仿真时间为2s。由图5和图6看出,在0s时刻,变电站220kV侧出线断路器断开,系统出现暂态过程,容性无功不足,TSC动作,一次投入为1,投入的容性电流达最大值,支路的容性电流与所加电压成正比,电压回升。0.5s后,断路器合上,多余的容性电纳存在于SVC,通过SVC的控制,TCR的感性电纳抵消了过补偿,并切除该TSC,最终电压保持在接近于1p.u.。同样,在1.0s时刻,一回传输线路发生A相短路接地故障,电压骤降,经0.09s,故障切除。在电压失稳期间,TCR与TSC协调配合,迅速提供动态电压支撑,使220kV母线电压和10kV母线电压保持接近于1p.u.。3.3控制参数仿真与仿真一不同的是被控对象为10kV母线电压。220kV母线电压、10kV母线电压和参考电压的仿真结果如图7,TCR和TSC的动作情况如图8。由图7和图8可见,在同样的仿真条件下,对10kV母线电压进行跟踪控制,220kV母线电压和10kV母线电压的恢复都更快速精确且更接近于参考电压1.0p.u.。而且图8显示和仿真一同样的条件下,系统出现暂态过程,TCR和TSC的响应时间更快一些。4svc与pi控制液的协调控制(1)TSC+TCR型SVC的无功调节范围可从容性无功到感性无功变化,连续平滑迅速地调整无功输出,提供动态电压支撑,加快暂态电压的恢复。(2)TSC作分级粗调,补偿容性无功;TCR作相控细调,补偿感性无功。二者协调控制,可实现无功功率的平滑调节。(3)PI调节器可实现对电压的快速精确控制,