无功/电压协调优化控制策略的实施

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：本节介绍高压交直流电网无功/电压协调控制的实施策略。图4.5高压交直流混合电网电压协调控制总体框架图交直流混合电网电压协调优化控制系统的典型运行模式是通过调整所有控制机组的无功出力从而调节一个区域内所有观测节点的电压。按电压协调优化系统的要求调节控制机组输出的无功功率时，还要考虑发电机机端电压的变化。

对于大电网运行，开关动作不宜太频繁，在运行方式发生较大变化时，才考虑进行必要的调节，或按时段进行优化调节。在电网运行过程中，考虑到不确定性因素，如新能源发电的不确定性以及负荷的不确定性，都可能使按无功控制计划运行的电网偏离原有的电压水平。对于交直流混合电网，电压运行受到的影响因素较多，直流和交流系统之间、各电压等级之间、运行方式与电压水平之间的无功相互作用较强，为保证系统的电压运行，需要进行在线的优化调节[12～17]。这种调节可以通过控制各发电机母线的无功容量来实现。本节介绍高压交直流电网无功/电压协调控制的实施策略。

交直流混合电网的电压协调优化控制的基本思想：每一控制周期内进行优化计算，确定发电机母线电压设定值的调整量，从而将观测节点的电压控制在设定值附近。通过求解一个最小化的多变量二次函数取得观测电压控制信号，调整区内无功功率的产生，以满足运行方式发生变化的需求。

交直流混合电网的电压协调优化控制的结构示意图如图4.5所示。优化控制目标是使观测节点的电压维持在设定值，但控制信号的计算是针对包含多个观测节点的区域，并考虑各发电机对所有观测节点的控制作用。控制中心搜集所有观测节点和关键节点的电压遥测值，以及参与电压控制的控制机组的母线电压和有功/无功出力，将这些信息输入多变量电压协调优化控制器。控制信号直接加于每台发电机的电压调节器，这样可避免出现传统电压控制系统在无功功率控制中可能产生的不良作用。可控无功源的数目即控制变量的数目要大于观测节点即输出变量的数目，因此除了维持观测节点电压以外，还有一定的可控自由度用于实现其他的控制目标，对提高系统的电压稳定性起到很好的作用[18]。

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图4.5　高压交直流混合电网电压协调控制总体框架图

交直流混合电网电压协调优化控制系统的典型运行模式是通过调整所有控制机组的无功出力从而调节一个区域内所有观测节点的电压。每一次控制与下一次控制之间都有一定的时间间隔，这样做的好处是可以忽略信号传输的时间和一次电压控制器的控制暂态，从而把其简化为一个稳态问题来处理，同时为优化计算提供时间。控制系统必须将一些系统运行约束考虑进去，并对控制信号进行校验，防止不合理的控制命令。

电压协调优化控制系统每一步的控制过程中都考虑了网络约束。在实际使用中，这些约束主要包括：

（1）运用电压协调优化系统改善系统的电压稳定性时，隐含的先决条件是系统初始状态电压控制系统必须是稳定的，即电压控制系统在其动作范围内促使系统的状态发生变化，新的系统运行状态是稳定的。为能确保系统一级电压控制过程稳定的要求，在电压控制过程中，应限制每步调节的调节量。这实际上对电压控制过程中每一步所允许的附加信号变化施加了一定的约束。

（2）电压协调优化系统通过在发电机励磁系统中和其他无功电源中引入附加控制信号控制无功输出，并对电压控制区内所有控制机组进行协调。借协调各控制机组产生的无功，可减少无功的不恰当传输从而降低损耗，同时还可使各控制电源保持尽可能多的无功储备。电压控制引入的附加控制信号将改变发电机的励磁电流，但对发电机而言，为避免转子过热，能通过励磁绕组的励磁电流是有限制的，过大的励磁电流将引发过励磁保护的动作，从而将励磁电流强行降低至其允许长期运行的最大值。这实际上限制了发电机所能发出的最大无功功率。因此，在进行控制时，必须考虑各控制机组的工作范围，将它们的工作点限制在相应的范围内。在实际运用中，可以根据发电机特性直接设定其无功出力的上下限。

（3）按电压协调优化系统的要求调节控制机组输出的无功功率时，还要考虑发电机机端电压的变化。在实际电力系统运行中，要求发电机的机端电压维持在一定范围内。通常用发电机进行电压/无功控制时，其机端电压只允许有110%的变化。

上述过程若在系统运行过程中持续进行，被控系统的输入/输出通过灵敏度矩阵联系起来，通过在线寻优计算，协调控制系统内的无功电源，使其作用达到最优化，提高电压稳定性；在电压失稳的过程中，上述控制可以从区域电压稳定的角度出发，改善特高压电网电压水平，延长系统电压的失稳过程。控制系统通过监测系统的实时数据，由控制中心周期性求解一个多目标的二次规划模型，再将优化计算结果作为控制命令下发至一级电压控制系统。上述优化控制是一种有效的电网调度工具，能够协调控制区域电压，从而增强特高压交直流混合电网稳定性和安全性。

无功/电压协调优化控制策略的实施

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