基於柔性直流與高壓並聯電容配合的無功調節裝置及方法與流程
2023-09-17 06:46:45 2
本發明涉及柔性直流輸電領域的裝置及方法，具體涉及一種基於柔性直流與高壓並聯電容配合的無功調節裝置及方法。
背景技術：
在現代電力系統中並聯電容器的應用極為廣泛,以並聯電容補償形式來提高電網的功率因數，力求實現無功功率就地平衡，降低線損，提高電壓質量，是目前各國電網所採用的主要技術手段。就無功功率平衡而言，不管是對整個電網、還是對某個局部地區，高壓並聯電容器都佔據著主導地位。通常情況下，整個電網安裝的高壓並聯電容器的補償容量要遠大於電網發電機的總容量。我國電網的許多變電站的低壓側都裝設了大容量的並聯補償電容器組，而且將這些電容器組設置成可以跟隨電壓和功率因數的變化能自動進行投切操作。
高壓並聯電容器的投切操作主要依賴斷路器，而此過程中就會面臨斷路器的重燃問題。電容器組自電網中由斷路器退出時，即切斷了電容性負荷，一旦斷路器的斷口間發生重燃，就會產生重燃過電壓，某些情況下重燃過電壓會達到很高的數值，這將危害到並聯電容器本身及其他相關的電氣設備。尤其是在具有自動投切功能的大型變電站，一晝夜間可能自動投切電容器多次，這種情況更加大了過電壓產生的概率。
另外當並聯電容器所連電網交流母線電壓過高時，會加速電容器的老化，使內部游離增大，將產生局部放電。同時電容器有功損耗隨之增大，發熱量上升，最後導致擊穿，使電容器損壞。因此，控制並聯電容器的過電壓水平對於設備的安全運行起著至關重要的作用。
柔性直流輸電是基於全控半導體器件(igbt)電壓源換流器的高壓直流輸電技術，是目前世界上可控性最高、適應性最好的輸電技術，為解決電網面臨的諸多難題提供了一種全新的技術手段。柔性直流輸電技術在靈活地控制有功功率傳輸的同時，還能夠為相連電網提供動態無功支撐，提高交流母線電壓穩定性。因而，研究柔性直流換流器與高壓並聯電容器的相互配合方法，對於降低設備電壓應力、提高使用壽命具備重要的應用價值並且柔性直流換流站與相鄰交流母線上所使用的並聯電容器相配合完成投切操作目前還尚不成熟。
技術實現要素：
為解決上述現有技術中的不足，本發明的目的是提供一種基於柔性直流與高壓並聯電容 配合的無功調節裝置及方法，可顯著降低電容器過電壓水平並降低設備的有功損耗；旨在對現有設備進行優化以提高系統效率，延長使用壽命。
本發明的目的是採用下述技術方案實現的：
本發明提供一種基於柔性直流與高壓並聯電容配合的無功調節裝置，其特徵在於，所述調節裝置包括柔性直流輸電系統、換流變壓器和高壓並聯電容器組；所述柔性直流輸電系統通過所述換流變壓器與多組高壓並聯電容器並聯於同一交流母線上。
進一步地，其中，所述柔性直流輸電系統採用模塊化多電平換流器，子模塊為半橋結構；柔性直流換流站採用定無功功率控制方式，高壓並聯電容組通過斷路器獨立控制投切動作。
本發明提供一種基於柔性直流與高壓並聯電容配合的無功調節裝置的調節方法，其改進之處在於，所述調節方法基於高壓並聯電容器組與柔性直流輸電系統系統配合進行無功補償，所述調節方法包括下述步驟：
步驟1：調度中心檢測交流母線實際電壓水平u和換流站實際無功功率輸出q0；
步驟2：將交流母線實際電壓水平u和換流站實際無功功率輸出q0與上層調度控制系統提供的交流母線標準電壓進行比較並計算相應所需的無功補償容量q；(具體所需提供的無功補償容量根據應用場合或所連交流系統的類型以及強弱程度所決定)
步驟3：判定無功補償容量q是否大於單組高壓並聯電容組的最大無功補償容量qm，若小於，則進行步驟4，否則，進行步驟5；
步驟4：全部無功功率由柔性直流換流站提供單組並聯電容器的容量qset；
步驟5：剩餘所需的無功補償容量qvsc2由柔性直流換流站提供。
進一步地，所述步驟4中，柔性直流換流站所能提供的最大無功補償容量qm大於單組並聯電容器的容量qset；當所需無功補償容量q小於單組並聯電容器容量qset時，柔性直流輸電系統的調度中心下發指令控制柔性直流輸電系統提供所需全部無功補償容量。
進一步地，所述步驟5中，當所需無功補償容量大於單組並聯電容器容量qset時，計算q÷qset後將結果取整，即int(q÷qset)得到所需投入的並聯電容器組數a，並下發相應指令至高壓並聯電容器組的自動投切裝置；剩餘所需的無功補償容量qvsc2＝q-(a×qset)則由柔性直流換流站提供；
投切動作進行時，柔性直流換流站先根據系統無功需求及響應特點投入自身全部無功補償容量，之後隨著並聯電容組的投入再逐漸降低自身無功出力至qvsc2＝q-(a×qset)，q表示無功補償容量。
與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有的優異效果是：
由於柔性直流輸電系統具有快速、獨立控制有功、無功功率的能力，高壓並聯電容器組與柔性直流輸電系統相配合能夠大幅度降低電容器組投切動作時的過電壓水平，降低開斷電容器時重燃的可能性。
當夜間輕負荷時，可主要由柔性直流換流站提供無功出力，因此可減少並聯電容器的投切次數及使用時間，無形中延長了相應開關器件以及電容器組本身的使用壽命。高壓並聯電容器的投切從響應到動作之間所需的時間一般為「秒」級，而柔性直流換流站提供的無功支撐多為毫秒級，柔性直流換流站無功變化速率可達到約300mvar/s。並且高壓並聯電容器自系統中切出後至少10分鐘內不得重新投入使用，因此柔性直流換流站與高壓並聯電容器相配合使用時可起到備用及快速響應的作用。
當系統正常運行時，隨著電源、負荷等因素的變化系統狀態不斷改變，柔性直流換流站能夠精確、快速的控制所連交流母線的電壓水平，控制高壓並聯電容器組的運行電壓變化從而提高系統的效率及線路輸送的電能質量。避免電容器熱擊穿、絕緣介質老化加快壽命減低、損耗增大等長期運行電壓不穩定產生的問題。
當系統遭遇故障時，由於高壓並聯電容器組的充放電以及切出後的再投入等過程都需要相對較長的時間，柔性直流換流站可利用自身特點快速提供緊急無功支撐，待並聯電容器組進入工作狀態後再逐漸降低自身無功出力。因此，高壓並聯電容器組和柔性直流輸電系統的配合能夠顯著提高全系統的穩定性。
由於目前絕大多數變電站都已安裝使用高壓並聯電容器組，柔性直流輸電系統也在電網中有一定規模的使用。因此，此方法的應用無需依賴額外大量設備以及資金投入，僅需對現有設備的控制系統相應進行優化升級即可，在擴展了設備功能的同時提高了系統的效率及使用壽命。
附圖說明
圖1是本發明提供的高壓並聯電容器組與柔性直流輸電系統配合接線示意圖；
圖2是本發明提供的無差無功調節方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
以下描述和附圖充分地示出本發明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它 們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，並且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特徵可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特徵。本發明的實施方案的範圍包括權利要求書的整個範圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語「發明」來表示，這僅僅是為了方便，並且如果事實上公開了超過一個的發明，不是要自動地限制該應用的範圍為任何單個發明或發明構思。
本發明所提柔性直流輸電系統與高壓並聯電容器組配合的無功調節裝置接線如圖1所示。圖1以交流系統中的一相為例，給出單相系統結構示意圖。調節裝置包括柔性直流輸電系統、換流變壓器和多組高壓並聯電容器組；其中柔性直流輸電系統通過換流變壓器與多組高壓並聯電容器並聯於同一交流母線上。其中，柔性直流輸電系統採用模塊化多電平換流器，子模塊為半橋結構。柔性直流換流站採用定無功功率控制方式，多組高壓並聯電容通過各自斷路器可分別獨立控制投切動作。
本發明所提柔性直流輸電系統與高壓並聯電容器組配合的無功調節方法流程圖如下，包括下述步驟：
調度中心根據交流母線實際電壓水平u、換流站實際無功功率輸出q0與上層調度控制系統提供的交流母線標準電壓進行比較並計算相應所需的無功補償容量q。
柔性直流換流站所能提供的最大無功補償容量qm大於單組並聯電容器的容量qset。當所需無功補償容量q小於單組並聯電容器容量qset時，系統調度中心下發指令控制柔性直流輸電系統提供系統所需全部無功補償容量。
當所需無功補償容量大於單組並聯電容器容量qset時，計算q÷qset後將結果取整得到所需投入的並聯電容器組數a，並下發相應指令至高壓並聯電容器組的自動投切裝置。剩餘所需的無功補償容量q-(a×qset)則由柔性直流換流站提供。
投切動作進行時，柔性直流換流站先根據系統無功需求及快速響應的特點投入自身全部無功補償容量，之後隨著並聯電容組的投入再逐漸降低自身無功出力至qvsc2＝q-(a×qset)。因此可大幅降低並聯電容器投切瞬間的過電壓水平做到系統無功的無差調節。
當系統正常運行時隨著系統負荷及其他因素影響導致交流母線電壓不斷發生變化,高壓並聯電容為換流站及附近系統提供主要無功功率補償，柔性直流輸電系統具有快速、靈活調節無功功率的能力，使得其與高壓並聯電容器組的配合能夠更加精準、快速的控制所連接的交流母線電壓。此外，當系統遭遇故障等特殊情況時柔性直流輸電系統第一時間提供緊急無 功支撐，彌補高壓並聯電容反應及投入時間相對較慢的缺點，當所需並聯電容器組投入後柔性直流換流站再逐漸降低無功出力。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護範圍之內。