基于靜止同步補償器的電力系統緊急狀態輔助控制方法與流程
本發明屬于電力系統安全穩定控制技術領域，尤其涉及一種基于靜止同步補償器的電力系統緊急狀態輔助控制方法。
背景技術：
近年來我國電網正向大規模互聯系統發展，電網結構相比原來的孤立電網發生了較大改變。大容量發電廠在系統中所占規模變大，互聯系統輸電距離較長，局部電網發電量與用電量不平衡，形成了明顯的送端電網與受端電網。大容量發電廠或大功率輸電線路的切除會造成局部電網有功、無功功率不平衡的問題，尤其對于受端電網，它在功率缺額嚴重時將導致全網的頻率電壓崩潰。因此，電力系統緊急狀態的控制方法至關重要。
目前，電力系統緊急控制方法主要有解列控制、切機、切負荷、強勵控制、快關汽門以及電氣制動等。
(1)解列控制：解列控制的代價較大，一般在其他緊急控制方法不能有效保證電力系統暫態穩定性時將電力系統分解成孤島電網進行控制。該方法的不足之處在于實際電力系統中難以找到理想的解列點，復雜電力系統中存在多個解列點也為解列點的選擇帶來問題。此外，解列后的孤立電網一般處于振蕩狀態，需要進一步采取其他緊急控制方法配合解列控制方案從而保持各孤立電網的穩定運行。
(2)切機：若電力系統備用容量充足，在頻率電壓較高時切除部分發電機，提高系統的暫態穩定性。該方法的缺點是如果切除發電機的容量過大，會導致系統頻率電壓過分下降，最終系統失去穩定性。
(3)切負荷：在電力系統頻率電壓處于較低水平時切除一定量的負荷，從而保證系統有功、無功功率的平衡，進而保證頻率電壓穩定性。切機切負荷措施是提升電力系統暫態穩定性的有效措施，該方法的缺點在于切機切負荷時間、地點以及數量的制定。此外，電力系統有功、無功功率互相耦合，低頻低壓問題往往伴隨出現，如何建立綜合考慮頻率電壓特性的切負荷措施有待研究。
(4)強勵控制：在系統發生故障后的暫態穩定過程中，強行使發電機在一段特定的時間處于強勵狀態，用勵磁控制為發電機提供一個額外的同步轉矩，以保證系統發生故障使端電壓降低時提高發電機電動勢，從而增加發電機輸出的電磁功率。該方法的難點在于強勵幅度與啟停時間的合理控制。
(5)快關汽門：通過調節發電機的調速器，在系統故障時快速地減小原動機輸出的機械功率，減小加速面積，增大可能的減速面積，并在功角減小時重新開放汽門從而減小發電機振蕩幅度。該方法只能應用于汽輪機，水輪機存在水錘現象導致不能快速關閉進水門。
(6)電氣制動：發電機有功功率過剩時投入制動電阻消耗多余的有功功率，增加發電機輸出的電磁功率從而減少功率差額。這種方法需要合理選擇制動電阻的大小以及投切時間，否則會發生欠制動與過制動。
盡管有了這些緊急控制方法，頻率、電壓崩潰導致的大停電事故仍然時有發生，其原因在于各種緊急控制策略均存在一定的局限性。總體來說，對于電力系統緊急控制方法，目前尚缺少一種兼顧安全性與經濟性的緊急控制輔助措施。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提供一種基于靜止同步補償器的電力系統緊急狀態輔助控制方法，包括以下步驟：
步驟1、收集電網運行數據，包括系統元件參數、負荷信息；
步驟2、檢測靜止同步補償器所在節點頻率、電壓，計算該節點頻率及電壓的變化率，判斷暫態失穩類別；
步驟3、當系統發生頻率主導的暫態失穩，靜止同步補償器進入緊急控制模式，根據所述電網運行數據以及節點頻率、電壓信息，獲得靜止同步補償器吸收的無功容量；
通過計算靜止同步補償器頻率偏差，經過超前滯后環節、PID控制環節以及無功電流限幅環節得到靜止同步補償器輸出的無功電流，從而得到靜止同步補償器的無功補償容量。其中，超前滯后環節、PID控制環節參數根據電力系統實際運行情況確定。當無功調節需求超出靜止同步補償器無功容量范圍時，最大限度投入靜止同步補償器并采用其他緊急控制措施保證電力系統暫態穩定性。
步驟4、當系統從所述暫態頻率失穩恢復，靜止同步補償器恢復到維持節點電壓的工作模式；靜止同步補償器所在節點頻率作為靜止同步補償器恢復正常工作模式的判據：
f>fref2
fref2為所述靜止同步補償器從緊急控制模式退出判據的頻率參考值，為了避免緊急控制方法的過調，fref2略低于電力系統正常運行狀態的頻率。
所述步驟2中判斷電力系統受端電網暫態失穩類別的具體過程為
根據所述頻率、電壓判據，判斷電力系統暫態過程是否為低頻問題：
其中，f、V為靜止同步補償器所在節點檢測到的頻率、電壓；為頻率變化率、為電壓變化率；fref1為頻率參考值，將其設置為低頻減載裝置動作頻率；Δfref為頻率變化率參考值；Vref為電壓參考值，略低于電力系統穩態運行時的電壓；ε為一個趨近于零的數，考慮到實際系統檢測裝置含有誤差，dV/dt在[-ε,+ε]區間內時認為電壓變化率為零，表示暫態電壓下降到最低點；電力系統暫態過程中頻率變化滯后于電壓，電壓變化率趨近于零時，若電壓仍處于正常運行范圍而頻率大幅下降且下降速度快，則認為電力系統的暫態過程屬于受端電網低頻問題，即系統發生頻率主導的暫態失穩。
有益效果
本發明提供一種電力系統緊急狀態輔助控制方法，采用靜止同步補償器無功調節的措施，提升了電力系統的暫態穩定性，提高靜止同步補償器利用效率。該緊急控制措施代價較小，兼顧了緊急控制方案的安全性與經濟性。
附圖說明
圖1為本發明電力系統緊急狀態輔助控制方法一種應用環境圖；
圖2為本發明的電力系統緊急狀態輔助控制方法的流程示意圖；
圖3為本發明電力系統緊急狀態輔助控制方法的一種實現方式示意圖。
具體實施方式
本發明的電力系統電壓穩定控制方法可應用于如圖1所示的電力系統中，在所述電力系統中，靜止同步補償器(STATCOM)穩態時處于正常工作狀態，通過無功調節控制節點電壓。當系統發生頻率主導的暫態失穩，頻率下降幅度大而電壓處于正常范圍，靜止同步補償器進入本發明提出的緊急控制模式。
圖2是本發明的電力系統緊急狀態輔助控制方法的流程示意圖。
所述電力系統緊急狀態輔助控制方法，包括以下步驟：
收集電網運行數據，包括系統元件參數、負荷信息；
檢測故障后靜止同步補償器所在節點頻率、電壓，計算該節點頻率及電壓變化率，判斷暫態失穩類別；
根據所述頻率、電壓判據，判斷電力系統暫態過程是否為低頻問題：
其中，f、V為靜止同步補償器所在節點檢測到的頻率、電壓；為頻率變化率、為電壓變化率；fref1為頻率參考值，將其設置為低頻減載裝置動作頻率；Δfref為頻率變化率參考值；Vref為電壓參考值，略低于電力系統穩態運行時的電壓；ε為一個趨近于零的數，考慮到實際系統檢測裝置含有誤差，dV/dt在[-ε,+ε]區間內時認為電壓變化率為零，表示暫態電壓下降到最低點；電力系統暫態過程中頻率變化滯后于電壓，電壓變化率趨近于零時，若電壓仍處于正常運行范圍而頻率大幅下降且下降速度快，則認為電力系統的暫態過程屬于受端電網低頻問題，即系統發生頻率主導的暫態失穩。
當系統發生頻率主導的暫態失穩，靜止同步補償器進入緊急控制模式，根據所述電網運行數據以及節點頻率電壓信息，獲得靜止同步補償器吸收的無功容量。由于電力系統含有大量恒阻抗負荷，無功負荷變大將造成節點電壓降低，有功功率缺額減少，系統頻率回升；
當系統從所述暫態頻率失穩恢復，靜止同步補償器恢復到維持節點電壓的工作模式。本發明采用靜止同步補償器所在節點頻率作為靜止同步補償器恢復正常工作模式的判據：
f>fref2
fref2為所述靜止同步補償器從緊急控制模式退出判據的頻率參考值，為了避免緊急控制方法的過調，fref2略低于電力系統正常運行狀態的頻率。
請參閱圖3，圖3是本發明電力系統緊急狀態輔助控制方法的一種實現方式示意圖。
本發明提出基于頻率的靜止同步補償器無功補償容量計算方法，通過計算靜止同步補償器頻率偏差，經過超前滯后環節、PID控制環節以及無功電流限幅環節得到靜止同步補償器輸出的無功電流，從而得到靜止同步補償器的無功補償容量。其中，超前滯后環節、PID控制環節參數根據電力系統實際運行情況確定。當無功調節需求超出靜止同步補償器無功容量范圍時，最大限度投入靜止同步補償器并采用其他緊急控制措施保證電力系統暫態穩定性。
fref3為電力系統頻率參考值，一般設置為電力系統穩態運行頻率；T1、T2分別為超前、滯后環節時間常數；ICmax、ILmax為靜止同步補償器最大容性、感性電流；IS為靜止同步補償器實際輸出的無功電流。
本發明通過靜止同步補償器所在節點頻率電壓及其變化率，判斷電力系統暫態失穩類別，建立電力系統緊急狀態輔助控制方法，能以較低成本實現暫態無功功率的快速、連續調節，提高電力系統暫態穩定性。
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