СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ НА ЛИНИИ ДЛЯ УСТРОЙСТВА КОМПЛЕКСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ
METHOD AND SYSTEM FOR LINE POWER CONTROL OF DEVICES FOR INTEGRAL CONTROL OF POWER FLOWS

Область техники
Настоящее изобретение относится к области гибкой передачи мощности и, в частности, к способу и системе регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности.
Предшествующий уровень техники
Благодаря взаимосвязи больших энергосистем и применения разного новейшего оборудования выдача и передача мощности становятся более экономичными и эффективными, а масштаб и сложность энергосистем также увеличиваются. Кроме того, поскольку большое количество систем распределенной выработки электроэнергии подключено к энергосистеме, традиционное направление передачи перетоков мощности от сети электропередач до распределительной сети изменяется на обратное. В связи с постоянным увеличением количества пользователей необходим способ регулирования перетоков мощности для улучшения существующей пропускной способности линии электропередачи. Комплексный обмен мощностью между быстроразвивающимися интеллектуальными сетями и энергетическими рынками требует частого регулирования перетоков мощности.
Устройство комплексного регулирования перетоков мощности (УКРПМ) в настоящее время является самым универсальным устройством регулирования перетоков мощности. Оно состоит из двух идентичных преобразователей напряжения, которые соединены между собой посредством общего порта постоянного тока, и может считаться сформированным с помощью одного статического синхронного компенсатора (СТАТКОМ) и одного статического синхронного продольного компенсатора (ССПК), соединенных параллельно. Различные функции регулирования, такие как параллельная компенсация, продольная компенсация и сдвиг по фазе, могут быть быстро реализованы по отдельности или одновременно путем простого изменения алгоритма регулирования, тем самым улучшая эффективность энергосистемы.
Основная конструкция УКРПМ показана на ФИГ. 1. На ФИГ. 1 1 представляет параллельный трансформатор, 2 - сдвоенные преобразователи напряжения, 3 - последовательный трансформатор и 4 - регулируемую линию переменного тока. УКРПМ включает преобразователь со стороны параллельного соединения и один или более преобразователей со стороны последовательного соединения, а также трансформатор со стороны параллельного соединения, трансформатор со стороны последовательного соединения, фидерный выключатель трансформатора со стороны параллельного соединения, обходной выключатель трансформатора со стороны последовательного соединения и т.д. УКРПМ может осуществлять многоцелевое согласованное регулирование. Трансформатор со стороны параллельного соединения может регулировать напряжение постоянного ток и напряжение или реактивную мощность в точке, связанной с сетью переменного тока, и трансформатор со стороны последовательного соединения может регулировать напряжение на клеммах, сдвиг по фазе, полное сопротивление или прямой переток мощности по линии. УКРПМ, использующие разные топологические преобразователи, имеют разные стратегии регулирования. В настоящее время существующие устройства комплексного регулирования перетоков мощности, которые нашли техническое применение в мире, используют последовательное соединение запираемых тиристоров, низкоуровневые мостовые преобразователи и преобразователи трансформатора с многослойной структурой.
Преобразователь имеет сложную структуру и низкую надежность, и требует высоких затрат на обслуживание. Система регулирования и защиты имеет относительно низкую возможность расширения, мобильность и ремонтопригодность. При непрерывной разработке силовых полупроводниковых приборов преобразователи напряжения, состоящие из новейших устройств, таких как биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ), широко применяются в области гибкой передачи постоянного тока. Исследования в области стратегии регулирования УКРПМ, в том числе низкоуровневого преобразователя на основе БТИЗ, были проведены в университетах и научно-исследовательских институтах Китая. Однако низковольтный преобразователь имеет высокую частоту коммутации и большие потери, содержит много гармоник, и поэтому не нашел технического применения. Благодаря модульной конструкции модульного многоуровневого преобразователя (ММП) уровень напряжения и мощности можно с легкостью расширить, способствуя техническому применению УКРПМ. Более того, ММП имеет относительно низкую частоту коммутации, что может уменьшить потери преобразователя, тем самым повышая надежность преобразователя напряжения.
Независимо от регулирования напряжения на клеммах, сдвига по фазе или полного сопротивления, конечной целью энергосистемы является изменение перетока мощности по линии. Поэтому использование УКРПМ для регулирования мощности на линии является наиболее прямым и наиболее эффективным методом. Что касается УКРПМ, использующего новейшую топологическую структуру ММП, в университетах были проведены исследования соответствующей стратегии. В работе «Моделирование стратегии регулирования УКРПМ на основе модульных многоуровневых преобразователей» (Защита и регулирование в энергосистеме, 2012, 40 (3), 74-77) Чжана Чжэньхуа и соавт. нелинейная система разделяется с помощью линии обратной связи, регулирование с переменной структурой начинается после линеаризации системы и завершения проектирования устройств регулирования соответственно для стороны параллельного и последовательного соединения. Стратегия регулирования включает три секции, т.е. внешний мощностной контур, внутренний контур напряжения и внутренний контур тока. Внешний мощностной контур регулирует выходные значения для получения эталонного значения регулирования напряжения во внутреннем контуре. Несмотря на то, что активная и реактивная мощность регулируется по отдельности, система регулирования сложная и имеет низкую надежность, и поэтому не подходит для технического применения.
В работе Чжэна Боуэна «Исследование в области регулирования, осуществляемого устройством комплексного регулирования перетоков мощности на основе модульного многоуровневого преобразователя» (магистерская работа, написанная в Научно-исследовательском институте электроэнергетики Китая, 2013, 6) конденсатор соединен параллельно с преобразователем со стороны последовательного соединения, используется ПИД-регулятор в замкнутом контуре для регулирования системы регулирования выходного напряжения со стороны последовательного соединения для УКРПМ, и фильтрующий конденсатор вводится в систему регулирования, влияя на скорость отклика регулирования мощности на линии. Кроме того, УКРПМ напрямую регулирует напряжение со стороны последовательного соединения с помощью ПИД-регулятора, но его переходный отклик на ток на стороне вентиля относительно медленный, что влияет на регулирование в переходном процессе системы УКРПМ.
С целью повышения скорости и точности устройств комплексного регулирования перетоков мощности, использования в полной мере их функции оптимизации перетоков мощности и способствования быстрому развитию процесса применения устройств комплексного регулирования перетоков мощности необходимо обеспечить способ регулирования мощности на линии для устройств комплексного регулирования перетоков мощности, который является более надежным и более подходящим для технического применения.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения - обеспечить способ и систему регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности, которые являются простыми, практичными и высоконадежными, могут быстро и точно регулировать мощность на линии и осуществлять независимое несвязное регулирование активной и реактивной мощности на линии.
Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении используются следующие решения:
способ регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности, включающий генерирование посредством регулирования мощности на линии внешнего контура эталонного значения тока на стороне вентиля;
генерирование посредством регулирования тока во внутреннем контуре на стороне вентиля эталонного значения выходного напряжения преобразователя; и вывод посредством регулирования с помощью преобразователя в соответствии с эталонным значением напряжения соответствующего напряжения для регулирования мощности на линии.
В соответствии с вышеуказанным способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности генерирование посредством регулирования мощности на линии во внешнем контуре эталонного значения тока на стороне вентиля, в частности, относится к следующему: вычисление команды на подачу линейного тока посредством регулирования мощности на линии во внешнем контуре в соответствии с командой на передачу входной мощности и измеренным переменным линейным напряжением, и суммирование вычисленной команды на подачу линейного тока и выходного значения, получаемого путем выполнения пропорционально-интегральной операции с разностью команды на передачу мощности на линии и измеренной мощности на линии для получения эталонного значения тока во внешнем контуре на стороне вентиля. В вышеописанном способе регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности генерирование посредством регулирования тока во внутреннем контуре на стороне вентиля эталонного значения выходного напряжения преобразователя, в частности, относится к следующему: эталонное значение выходного напряжения преобразователя рассчитывается посредством регулирования тока во внутреннем контуре на стороне вентиля в соответствии с эталонным значением тока на стороне вентиля, которое является входным значением, измеренным переменным током на стороне вентиля и измеренным переменным напряжением на стороне вентиля.
Согласно вышеописанному способу регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности после преобразования dq измеренного переменного линейного напряжения, вычисление выполняется с использованием преобразованного напряжения и команды на передачу мощности на линии, чтобы получить компонент dq команды на подачу линейного тока, соответственно, команда на подачу линейного тока, используемая для суммирования, является компонентом dq команды на подачу линейного тока.
В соответствии с вышеописанным способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности после преобразования dq с использованием измеренного переменного тока на стороне вентиля и измеренного переменного напряжения на стороне вентиля выполняется вычисление преобразованного тока, преобразованного напряжения, значения реактора плеча моста и компонента dq эталонного значения тока на стороне вентиля для получения компонента dq эталонного значения выходного напряжения преобразователя, а затем выполняется обратное преобразование dq с использованием компонента dq, чтобы получить эталонное значение выходного напряжения преобразователя.
В соответствии с вышеуказанным способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности фазовый угол фазы А измеренного линейного напряжения является опорным углом преобразования dq и обратного преобразования dq.
Вышеуказанный способ регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности применим к устройству комплексного регулирования перетоков мощности, основанному на структуре ММП.
Вышеуказанный способ регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности применим к устройству комплексного регулирования перетоков мощности, сторона последовательного соединения которого не включает структуру фильтра.
Настоящее изобретение также предусматривает систему регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности. Система регулирования включает устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре, устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре, устройство регулирования преобразовательного вентиля, в которой устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре выполнено с возможностью генерирования эталонного значения тока на стороне вентиля, устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре выполнено с возможностью генерирования эталонного значения выходного напряжения преобразователя в соответствии с эталонным значением тока на стороне вентиля, а устройство регулирования преобразовательного вентиля выполнено с возможностью для вывода соответствующего напряжения в соответствии с эталонным значением напряжения для регулирования мощности на линии.
В соответствии с вышеуказанной системой регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре включает модуль вычисления команды на подачу тока, первый измерительный модуль, второй измерительный модуль, интегрирующий модуль и суммирующий модуль, в котором
первый измерительный модуль выполнен с возможностью измерения переменного линейного напряжения;
второй измерительный модуль выполнен с возможностью измерения мощности на линии;
модуль вычисления команды на подачу тока выполнен с возможностью вычисления команды на подачу линейного тока в соответствии с командой на передачу входной мощности и переменным линейным напряжением, измеряемым первым измерительным модулем;
интегрирующий модуль выполнен с возможностью выполнения пропорционально-интегральной операции с разностью команды на передачу мощности на линии и мощности на линии, измеряемой вторым измерительным модулем и выполняет обратное преобразование;
суммирующий модуль выполнен с возможностью суммирования выходного значения интегрирующего модуля и выходного значения модуля вычисления команды на подачу тока для получения эталонного значения тока на стороне вентиля во внешнем контуре.
В соответствии с вышеуказанной системой регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре включает третий измерительный модуль, четвертый измерительный модуль и вычислительный модуль, в котором
третий измерительный модуль выполнен с возможностью измерения переменного напряжения на стороне вентиля;
четвертый измерительный модуль выполнен с возможностью измерения переменного тока на стороне вентиля; и
вычислительный модуль выполнен с возможностью вычисления эталонного значения выходного напряжения преобразователя в соответствии с эталонным значением тока на стороне вентиля, фактическим переменным напряжением, измеряемым третьим измерительным модулем, и фактическим переменным током, измеряемым четвертым измерительным модулем.
В соответствии с вышеуказанной системой регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре также включает модуль преобразования dq, соответственно, после выполнения преобразования переменного напряжения модулем преобразования dq, осуществляется вычисление преобразованного напряжения и команды на передачу мощности на линии для получения компонента dq команды на подачу линейного тока; и
фазовый угол фазы А измеренного линейного напряжения является опорным углом преобразования dq.
В соответствии с вышеуказанной системой регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре также включает модуль преобразования dq и модуль обратного преобразования dq, в котором, соответственно, после выполнения модулем преобразования dq преобразования измеренного переменного тока на стороне вентиля и измеренного переменного напряжения на стороне вентиля, выполняется вычисление с использованием преобразованного тока, преобразованного напряжения, значения реактора плеча моста и компонента dq эталонного значения тока на стороне вентиля для получения компонента dq эталонного значения выходного напряжения преобразователя, а затем модуль обратного преобразования dq компонента dq для получения эталонного значения выходного напряжения преобразователя; и
фазовый угол фазы А измеренного линейного напряжения является опорным углом преобразования dq и обратного преобразования dq.
Посредством вышеуказанных решений способ и система регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности, указанные в настоящем изобретении, могут быстро и точно регулировать мощность на линии, могут независимо регулировать активную и реактивную мощность на линии и в полной мере использовать функцию устройства комплексного регулирования перетоков мощности. Этот способ прост, имеет высокую надежность и подходит для технического применения устройства комплексного регулирования перетоков мощности, основанного на структуре ММП. Посредством настоящего изобретения реализуется несвязное регулирование активной и реактивной мощности на линии, и несвязное регулирование вместе с постоянным регулированием напряжения постоянного тока, регулированием реактивной мощности или постоянным регулированием переменного напряжения преобразователя со стороны параллельного соединения формируют многоцелевую координационную стратегию устройства комплексного регулирования перетоков мощности. Настоящее изобретение также применимо к регулированию мощности на линии устройства межлинейного регулирования перетоков мощности (УМРПМ) и ОСК (обратимого статистического компенсатора).
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 - соответствующая схема конструкции устройства комплексного регулирования перетоков мощности в соответствии с настоящим изобретением; и
ФИГ. 2 - принципиальная схема способа регулирования мощности на линии в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже с ссылкой на прилагаемые чертежи.
Настоящее изобретение предусматривает способ регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности, регулирование мощности во внешнем контуре выполняет несвязное регулирование активной и реактивной мощности на линии, а регулирование переменного тока во внутреннем контуре непосредственно регулирует ток преобразователя, чтобы улучшить динамические характеристики устройства комплексного регулирования перетоков мощности.
sedref
seqref
creƒ
ФИГ. 2 - схема способа регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности в соответствии с настоящим изобретением. В способе регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности используется стратегия регулирования в двойном контуре, включая регулирование мощности во внешнем контуре и регулирование тока во внутреннем контуре на стороне вентиля. Эталонные значения тока на стороне вентиля I и I генерируются посредством регулирования мощности на линии во внешнем контуре, эталонное значение выходного напряжения преобразователя U генерируется посредством регулирования тока во внутреннем контуре на стороне вентиля и, наконец, преобразователь выводит соответствующее напряжение в соответствии с эталонным значением напряжения для регулирования мощности на линии.
Ldreƒ
Lqreƒ
reƒ
reƒ
L
Line
Line
sedref
seqref
В соответствии со способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности команда на подачу линейного тока включает I, и I вычисляется посредством регулирования мощности на линии во внешнем контуре в соответствии с командой на передачу входной мощности, которая включает Р и Q, и измеренное переменное линейное напряжение U; рассчитанные значения команды на передачу линейного тока и выходные значения, полученные путем выполнения пропорционально-интегральной операции с разностями команды на передачу мощности на линии и измеренной мощности на линии Р и Q суммируются для получения эталонных значений тока на стороне вентиля I и I.
creƒ
sed
seq
sed
seq
В соответствии со способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности эталонное значение выходного напряжения преобразователя U вычисляется посредством внутреннего контура регулирования тока на стороне вентиля в соответствии с измеренными значениями переменного тока на стороне вентиля I и I и измеренными значениями переменного напряжения на стороне вентиля U и U.
Согласно вышеописанному способу регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности осуществляется преобразование dq измеренного переменного линейного напряжения, а затем выполняется вычисление преобразованного напряжения и команды на передачу мощности на линии, чтобы получить компонент dq команды на подачу линейного тока.
В соответствии со способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности после преобразования dq с использованием измеренного переменного тока на стороне вентиля и измеренного переменного напряжения на стороне вентиля, выполняется вычисление с использованием преобразованного тока, преобразованного напряжения, значения реактора плеча моста и компонента dq эталонного значения тока на стороне вентиля для получения компонента dq эталонного значения выходного напряжения преобразователя, а затем обратное преобразование компонента dq для получения эталонного значения трехфазного переменного напряжения выходного напряжения преобразователя. В соответствии со способом регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности фазовый угол фазы А измеренного линейного напряжения является опорным углом преобразования dq и обратного преобразования dq.
Способ регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности применим к устройству комплексного регулирования перетоков мощности, основанному на структуре ММП, и к устройству комплексного регулирования перетоков мощности, сторона последовательного соединения которого не включает структуру фильтра.
Кроме того, настоящее изобретение также предусматривает систему регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности. Система регулирования включает устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре, устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре и устройство регулирования преобразовательного вентиля. Устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре выполнено с возможностью генерирования эталонного значения тока на стороне вентиля, устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре выполнено с возможностью генерирования эталонного значения выходного напряжения преобразователя в соответствии с эталонным значением тока на стороне вентиля, а устройство регулирования преобразовательного вентиля выполнено с возможностью для вывода соответствующего напряжения в соответствии с эталонным значением напряжения для регулирования мощности на линии.
Устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре включает модуль вычисления команды на подачу тока, первый измерительный модуль, второй измерительный модуль, интегрирующий модуль и суммирующий модуль, в котором
первый измерительный модуль выполнен с возможностью измерения переменного линейного напряжения;
второй измерительный модуль выполнен с возможностью измерения мощности на линии;
модуль вычисления команды на подачу тока выполнен с возможностью вычисления команды на подачу линейного тока в соответствии с командой на передачу входной мощности и переменным линейным напряжением, измеряемым первым измерительным модулем;
интегрирующий модуль выполнен с возможностью выполнения пропорционально-интегральной операции с разностью команды на передачу мощности на линии и мощности на линии, измеряемой вторым измерительным модулем; и
суммирующий модуль выполнен с возможностью суммирования выходного значения интегрирующего модуля и выходного значения модуля вычисления команды на подачу тока для получения эталонного значения тока на стороне вентиля во внешнем контуре.
Устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре включает третий измерительный модуль, четвертый измерительный модуль и вычислительный модуль, в котором
третий измерительный модуль выполнен с возможностью измерения переменного напряжения на стороне вентиля;
четвертый измерительный модуль выполнен с возможностью измерения переменного тока на стороне вентиля; и
вычислительный модуль выполнен с возможностью вычисления эталонного значения выходного напряжения преобразователя в соответствии с эталонным значением тока на стороне вентиля, фактическим переменным напряжением, измеряемым третьим измерительным модулем, и фактическим переменным током, измеряемым четвертым измерительным модулем.
Вышеуказанное устройство регулирования мощности на линии во внешнем контуре также включает модуль преобразования dq, соответственно, после выполнения преобразования переменного напряжения модулем преобразования dq, осуществляется вычисление преобразованного напряжения и команды на передачу мощности на линии для получения компонента dq команды на подачу линейного тока; и фазовый угол фазы А измеренного линейного напряжения является опорным углом преобразования dq.
Устройство регулирования тока на стороне вентиля во внутреннем контуре также включает модуль преобразования dq и модуль обратного преобразования dq.
Соответственно, после выполнения преобразования измеренного переменного тока на стороне вентиля и измеренного переменного напряжения на стороне вентиля модулем преобразования dq, выполняется вычисление с использованием преобразованного тока, преобразованного напряжения, значения реактора плеча моста и компонента dq эталонного значения тока на стороне вентиля для получения компонента dq эталонного значения выходного напряжения преобразователя, а затем модуль обратного преобразования dq выполняет обратное преобразование dq компонента dq для получения эталонного значения выходного напряжения преобразователя; и
фазовый угол фазы А измеренного линейного напряжения является опорным углом преобразования dq и обратного преобразования dq.
Преобразование dq - преобразование, которое преобразует трехфазные переменные величины из описания трехфазной неподвижной системы координат в описание трехфазной вращающейся системы координат dq. Обратное преобразование dq - преобразование, которое преобразует трехфазные переменные величины из описания двухфазной вращающейся системы координат dq в описание трехфазной неподвижной системы координат.
Решения в области реализации настоящего изобретения описаны для устройства комплексного регулирования перетоков мощности, применяемого на одной линии. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается системой, в которой устройство комплексного регулирования перетоков мощности применяется на одной линии. Настоящее изобретение относится к устройству комплексного регулирования перетоков мощности, которое применяется на многоконтурной линии или на нескольких линиях в разных точках снижения одной и той же трансформаторной подстанции или одной и той же шины; и настоящее изобретение также относится к регулированию мощности на линии устройства межлинейного регулирования перетоков мощности и обратимого статистического компенсатора. Какой-либо способ регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности, в котором используются внешний контур мощности на линии и внутренний контур тока на стороне вентиля, входит в объем настоящего изобретения.
Наконец, следует отметить, что вышеприведенные варианты осуществления изобретения описывают технические решения настоящего изобретения, но не ограничивают настоящее изобретение. Специалисту средней квалификации в данной области техники должно быть понятно, что специалист в данной области техники может вносить изменения или осуществлять аналогичные замены в отношении конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, и такие изменения или замены подпадают под объем защиты прилагаемой формулы изобретения.