基于cr+sc的svc協(xié)調(diào)控制策略

無功補償裝置靜態(tài)功率補償裝置svc作為一種聯(lián)合補償裝置，在電氣系統(tǒng)的動態(tài)補償中得到了廣泛應用。其典型代表是晶體門壓板（tsc）和晶體門壓板控制裝置（tr）。這兩種無功補償器有各自的局限性:TCR只調(diào)節(jié)電抗器,補償感性無功;TSC只快速投切電容器,補償容性無功。為擴大無功調(diào)節(jié)范圍,使無功控制范圍從容性無功變化到感性無功,可將TCR、并聯(lián)電容器(FC)和TSC組合使用。常用的方式有TCR+TSC、TCR+FC、TCR+TSC+FC。近年來,一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)迅速發(fā)展成負荷中心,部分負荷中心缺乏大電源支撐,發(fā)生嚴重的多重故障時,可能導致電網(wǎng)電壓崩潰。另外,大電源功率外送時,可能造成部分輸電斷面潮流較重;長期接近甚至超過穩(wěn)定極限運行,可能會導致電網(wǎng)按原運行方式設(shè)置的無功補償裝置容量不足,電壓難以控制。目前,電網(wǎng)電壓主要依靠發(fā)電機無功出力,并聯(lián)無功補償設(shè)備和變壓器分接頭調(diào)節(jié)。為加強電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)手段,提高電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓運行水平和擾動后的暫態(tài)電壓水平,可采用SVC等動態(tài)無功補償措施。TSC+TCR型SVC是連續(xù)控制的無功補償器,諧波含量低,而且響應速度快,可快速改變發(fā)出的無功,具有較強的無功調(diào)節(jié)能力,提供動態(tài)無功補償,從而提供動態(tài)電壓支撐,加快暫態(tài)電壓恢復,提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平。1tsc+tcr補償器TCR的基本元件是一個電抗器,與雙向晶閘管開關(guān)串聯(lián)。通過控制觸發(fā)角,晶閘管可在電源頻率的正負半周輪流導通。TCR可看作一個可變電納,連續(xù)可調(diào),但只在感性無功范圍內(nèi)。TSC只調(diào)節(jié)電容器,可補償系統(tǒng)所需的無功功率。如果級數(shù)分得足夠細,基本可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。但由于每級均需晶閘管閥,從性價比考慮,不宜分得太細。TSC的每個分級之間的無功功率可通過TCR來連續(xù)調(diào)節(jié),所以TSC裝置一般與電感并聯(lián),即組成TSC+TCR補償器。圖1為SVC和電力系統(tǒng)的V/I特性,通過TCR和TSC配合,SVC無功調(diào)節(jié)范圍可實現(xiàn)從容性無功到感性無功變化,能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率,使補償點的電壓接近維持不變。2測試系統(tǒng)與tsc-tr模式的svc時間域的模擬模型本文以某工程為例,建立PSCAD/EMTDC系統(tǒng)模型,對TCR+TSC型SVC的協(xié)調(diào)控制策略進行分析。2.1變電站安裝svc模型如圖2所示,為一單機無窮大系統(tǒng)向變電站送電,變電站安裝了一臺SVC。當220kV線路發(fā)生故障時,SVC快速跟蹤并響應,平滑調(diào)整無功輸出以迅速提供電壓支撐。2.2星型濾波器和星型濾波器TSC+TCR型SVC主回路模型如圖3,由采用三角形接線的三相TSC(50Mvar)與三相TCR(50Mvar)和采用星型接線5次濾波器(5Mvar)組成。實際工程中,變電站TSC支路只設(shè)一組,濾波器主要濾除TCR產(chǎn)生的諧波。2.3tcr+tsc型svc的協(xié)調(diào)控制原則TSC只在容性無功范圍內(nèi)變化,TCR只在感性無功范圍內(nèi)變化。當系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)過程、電壓偏低時,TSC投入,發(fā)出容性無功,提升電壓,使系統(tǒng)電壓恢復。但一次投入的TSC的容性無功,其多余的量存在于SVC,需TCR動作來抵消多余的容性電納,最終使電壓保持接近于1p.u.。因此,TCR+TSC型SVC的協(xié)調(diào)控制原則是以TSC作分級粗調(diào)、以TCR作相控細調(diào),從而達到從容性無功到感性無功連續(xù)可調(diào)的目的。若只投TCR則不能發(fā)出容性無功,無法提供動態(tài)電壓支撐;若只投TSC,當系統(tǒng)電壓恢復時,多余的容性無功沒有感性無功來抵消,就會導致電壓過高。因此,TCR和TSC二者需協(xié)調(diào)配合。2.4脈沖觸發(fā)單元tscTSC+TCR型SVC控制系統(tǒng)模型如圖4所示,主要由測量單元、調(diào)節(jié)器、脈沖發(fā)生器、同步系統(tǒng)和特殊應用功能單元組成。在測量單元中,采用電壓作為輸入量。本仿真用帶有電流偏差的對稱三相電壓調(diào)節(jié)器控制SVC的三相工作點,因而SVC的調(diào)節(jié)是基于三相電壓的平均值。在測量單元的交流側(cè)完成偏差電流作用于網(wǎng)絡電壓的校正,然后對已校正的網(wǎng)絡電壓進行整流濾波。采用PI調(diào)節(jié)器控制電壓,測得的控制變量與參考信號(Vref)相比較,偏差輸入到PI調(diào)節(jié)器,其輸出(標么值電納Bref)再送至觸發(fā)脈沖發(fā)生電路。在脈沖觸發(fā)單元中,對于多級TSC,應先確定為滿足容性電納需求而投入的TSC支路數(shù)(本測試系統(tǒng)只有一級,即容性電納一次投入即可,同時允許過量的容性電納存入SVC),然后計算TCR的感性電納以抵消多余的容性電納,最后根據(jù)給定電納計算TCR的觸發(fā)角。TCR等效電納與觸發(fā)角α的函數(shù)為可見,B(α)與α呈非線性函數(shù)關(guān)系。根據(jù)SVC工作區(qū)域的限制,通過線性化器將電納值轉(zhuǎn)化為觸發(fā)角,以觸發(fā)TCR的晶閘管。與TCR不同,TSC僅用于投入或者切除電容器組。脈沖發(fā)生控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生并分配觸發(fā)脈沖,同步信號發(fā)生器產(chǎn)生的參考脈沖用于調(diào)整脈沖的觸發(fā)時間。當參考脈沖與系統(tǒng)電壓同步時,脈沖的觸發(fā)時間受電壓畸變的影響不能過大,以限制可能導致電壓畸變加劇或控制不穩(wěn)的非特征諧波的產(chǎn)生。本文采用鎖相環(huán)同步裝置處理這一問題。3模擬3.1svc的組成圖2的系統(tǒng)參數(shù)為:電源電壓500kV,雙回線路分別為50km的架空線路,濾波器L=4.3mH、C=94.44μF,濾波器支路為星形連接。10kV側(cè)母線共安裝8組電容器(每組10.02Mvar)。SVC由采用三角形接線的三相TSC與三相TCR組成(均50Mvar)。其中,TSC支路數(shù)為1,SVC控制器參數(shù)為Kp、Ti。3.2性能參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)在0s時刻開始運行,變電站220kV側(cè)出線斷路器斷開后系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過程,0.5s時刻,斷路器合上。1.0s時刻,圖2所示一回傳輸線路中發(fā)生A相接地短路故障,經(jīng)過0.09s后,故障切除。SVC跟蹤220kV母線電壓,Kp=0.02,Ti=0.005,其220kV電壓(Vrms.220)、10kV電壓(Vrms.10)和參考電壓(Vref)的變化情況如圖5,TCR和TSC的動作情況如圖6,總仿真時間為2s。由圖5和圖6看出,在0s時刻,變電站220kV側(cè)出線斷路器斷開,系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過程,容性無功不足,TSC動作,一次投入為1,投入的容性電流達最大值,支路的容性電流與所加電壓成正比,電壓回升。0.5s后,斷路器合上,多余的容性電納存在于SVC,通過SVC的控制,TCR的感性電納抵消了過補償,并切除該TSC,最終電壓保持在接近于1p.u.。同樣,在1.0s時刻,一回傳輸線路發(fā)生A相短路接地故障,電壓驟降,經(jīng)0.09s,故障切除。在電壓失穩(wěn)期間,TCR與TSC協(xié)調(diào)配合,迅速提供動態(tài)電壓支撐,使220kV母線電壓和10kV母線電壓保持接近于1p.u.。3.3控制參數(shù)仿真與仿真一不同的是被控對象為10kV母線電壓。220kV母線電壓、10kV母線電壓和參考電壓的仿真結(jié)果如圖7,TCR和TSC的動作情況如圖8。由圖7和圖8可見,在同樣的仿真條件下,對10kV母線電壓進行跟蹤控制,220kV母線電壓和10kV母線電壓的恢復都更快速精確且更接近于參考電壓1.0p.u.。而且圖8顯示和仿真一同樣的條件下,系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過程,TCR和TSC的響應時間更快一些。4svc與pi控制液的協(xié)調(diào)控制(1)TSC+TCR型SVC的無功調(diào)節(jié)范圍可從容性無功到感性無功變化,連續(xù)平滑迅速地調(diào)整無功輸出,提供動態(tài)電壓支撐,加快暫態(tài)電壓的恢復。(2)TSC作分級粗調(diào),補償容性無功;TCR作相控細調(diào),補償感性無功。二者協(xié)調(diào)控制,可實現(xiàn)無功功率的平滑調(diào)節(jié)。(3)PI調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)對電壓的快速精確控制,