上海西郊变电站50mvarsacom运行策略研究

上海西郊变电站50mvarsacom运行策略研究

0上海电网动态无功的解决方案在上海、北京和珠江三角洲，三个负荷密集的中国三大负荷密集的区域形成。尤其是上海,已经成为我国最大的城市电力负荷中心。2003年上海夏季高峰负荷已达到13.6GW以上,超过了13.5GW的预测值。上海电力公司同时采取了双休日错峰、避峰、宝能电炉错峰、限电甚至紧急拉电等措施以确保上海电网的发用电平衡和安全稳定运行。而负荷超出预计的增长已经成为电力系统电压稳定问题的巨大隐患,近年来国外一系列的电压崩溃事故,以及2003年的欧美大停电更给人们敲响了警钟。国内外研究和实践表明,配置一定容量的动态无功,不论对于事故后电压的恢复,还是负荷突增带来的电压问题,都是必需的。上海电网的黄渡分区,除了小火电12MW外,无电源接入,且今后这里可能将是三峡3GW容量的落点,原先共1.1Gvar的静止调相机已经退出或行将退役。即将投入运行的上海西郊±50Mvar静止补偿器(STATCOM)具有快速提供动态无功的能力,对于维持上海黄渡区的电压稳定具有积极的实际意义。本文重点研究了上海西郊±50MvarSTATCOM接入系统的运行策略和运行方式。1stat改造系统运行策略上海西郊±50MvarSTATCOM接入点接线如图1所示。控制目标主要有以下两个方面:a.调节和维持系统电压。由于日负荷的变动和电网其他因素的影响,系统电压会发生一定的波动,由于STATCOM装置的自动控制和快速响应功能,因而在一定范围内能够实现对系统电压波动的调节和电压水平的维持。这就要求STATCOM装置具有充足的无功备用和灵敏的调节能力。b.抑制系统暂态电压变化,提供电压支撑。在系统发生线路故障的情况下,或者系统负荷发生突变(上升或者下降)的情况下,系统电压有可能发生大幅度且快速的变化,有可能出现负荷低压释放等现象,引起电能质量下降,甚至发生系统的暂态电压不稳定问题。STATCOM装置需要发挥自动而且快速的响应功能,为系统提供无功补偿,支撑系统电压,防止更严重的系统事故发生。这就要求STATCOM装置具有准确的故障识别系统,合理的运行策略和快速的响应动作,以及充足的动态无功备用。综合以上两种情况,上海西郊±50MvarSTATCOM接入系统的运行策略需要解决以下几个问题:①选取合适的控制点;②对系统电压的变化进行快速判断和识别;③装置具有足够灵敏的调节能力和最快速的响应能力。2正常电压时装置的运行策略因为STATCOM用于提供动态无功以支撑系统电压,控制信号宜采用系统电压信号。安装点在西郊变电站14号主变110kV母线侧,如果控制电压取自110kV母线,不能直接反映220kV系统电压变化,装置根据110kV母线的电压变化提供动态无功,可使14号主变110kV侧电压更快地恢复到正常水平,一旦该母线电压恢复正常,装置就不再提供无功,因而对220kV母线电压的支撑作用被削弱。如果控制电压取自西郊站220kV母线,则STATCOM根据220kV母线的电压变化提供动态无功,对黄渡区的电压稳定可以发挥更大作用。在日常电压水平波动的范围内,装置最实用的控制方法是PI控制,但由于容量的限制以及考虑应对暂态电压变化,必须留有一定的动态无功备用,因而需要对装置的日常调压状态进行输出限幅,即装置用于日常调节的容量是有限制的。在控制点电压变化快或者变化大的情况下,为了防止电压进一步大幅跌落,控制环节以最快速度发出指令,立即要求装置达到满发或者满吸无功的状态。在系统发生不对称故障的情况下,装置采用分相控制代替三相控制,在保证装置不过流的前提下最大限度地为系统提供动态无功。综上所述,上海西郊±50MvarSTATCOM接入系统的基本运行策略如下:a.采取电压控制,控制点选为上海西郊220kV母线;b.日常电压调节采用PI控制,对用于日常调压的容量进行限幅,留有动态无功备用;c.应对暂态电压变化,装置以最快速度达到满发或者满吸状态;d.不对称故障情况下,装置采用分相控制。STATCOM基本运行策略也可以用图2所示的“无功输出-电压”曲线来表示,共有4种工作状态:①A-G:感性额定运行;②B-C:PI闭环控制;③C-D1:容性限幅输出;④J-F:容性额定运行。一般来说,对装置本身而言,往往从感性额定容量到容性额定容量的整个运行范围内,都根据系统电压变化进行闭环PI控制。状态③的设计,是为了留有一定的动态无功备用(Q+max—Q+lim)应对动态电压变化。H-G,I-J表示电压变化率较大时,认为发生了动态电压问题,直接进行额定无功补偿。K-L/D-E滞环控制,是为了防止电压变化在某一范围内时发生状态③和状态④之间的跳转振荡,保证系统的稳定性。这里所说的运行策略主要是根据系统电压的变化确定所需的无功容量,属于上层控制。至于故障情况下装置的保护和分相不对称运行,属于底层控制,将另文介绍,这里不再赘述。STATCOM运行策略的示意框图如图3所示。图中给出了根据控制点电压变化确定无功补偿量的过程。3statcom仿真模型为了在仿真中考察装置运行策略的效果,在电力系统分析综合程序(PSASP)中建立了系统级的±50MvarSTATCOM的仿真控制模型,并在上海电力系统中设置故障,检验了仿真模型的响应特性。设定黄渡一泗泾500kV双回输电线路在黄渡侧发生一回三相故障,故障后80ms切除故障线路。±50MvarSTATCOM一直接入系统。西郊14号主变各母线电压的变化情况和STATCOM的动态响应曲线分别如图4和图5所示。由图5可见,故障发生后,ΔV的变化率每秒超过0.05(标幺值),装置按照暂态电压运行策略输出最大值,经30ms装置由0输出达到额定电流的90%左右;故障切除后,电压逐渐恢复,ΔV变小,在减小到0.05的临界值后,装置转入日常调节策略,在0.02<ΔV<0.05的范围内,装置限幅输出+20Mvar;随着电压恢复过程的摆动,AV<0.02时,装置进行PI调节发出无功。仿真证明STATCOM控制仿真模型能够根据运行策略正确响应,可以用于STATCOM接入系统的仿真研究。与传统的投切电容相比,STATCOM是一种理想的灵活可控、自动调节、响应迅速的无功补偿装置。其补偿容量可以根据系统电压的变化快速、连续地自动调节,既解决了投切电容器的投切时刻选择、投切容量分级等缺点,避免了补偿无功注入对系统的冲击,又可以保证在系统电压降低的情况下给出较大的无功(投切电容器的无功容量要随电压呈平方关系下降),起到电压支撑的作用。STATCOM的这些特点可以从图5中得到证明,在1.08s故障切除后,STATCOM提供了接近额定容量的快速、连续无功补偿,加速了电压的动态恢复过程;当在1.5s电压恢复到0.95以上后,STATCOM的无功输出开始逐渐减小,保持系统电压在正常运行范围内。在STATCOM的动态无功补偿过程中,故障切除后系统电压的变化是连续平滑的,并未受到任何冲击。4加工装置的配合上海西郊变电站现有人工投切电容器60Mvar,分两组30Mvar分别安装在13号和14号变压器负荷侧,可以考虑一组电容器配合STATCOM控制的运行方式,以改善动态无功的补偿效果。正常运行情况下,STATCOM处于感性状态,吸收无功,与电容器发出的无功相平衡,维持电压在正常的水平。当系统发生故障,节点电压下降时,STATCOM迅速响应,由感性状态进入容性状态,发出大量的无功功率,维持节点电压在较高的水平。这种混合式STATCOM具有响应速度快、可连续调节、阻尼特性好等优点,而且由于固定电容器可以始终在系统中运行,解决了固定电容器投切时间选择、对系统冲击、不能连续调节等问题,克服了电容器无功输出对电压敏感的缺点。与单一的STATCOM相比,具有造价低廉的优点。世界上近期投运的STATCOM大都采用了这种配合电容器的运行方式。考虑与并联在14号变压器上的原有的一组30Mvar电容器相配合。电容器组始终投入运行,STATCOM工作在-50Mvar～+50Mvar的可调区域,±50Mvar的STATCOM与30Mvar的电容器相配合,对系统来说相当于可以工作在—20Mvar～+80Mvar的区域,缩小了感性运行区域,扩大了容性运行区域。由于要设计留有动态无功备用,STATCOM用于日常调压的无功输出限幅在+20Mvar,这样,STATCOM与电容器配合后,在日常调压工作状态将至少有60Mvar的动态无功备用,大于原先的STATCOM本身预留的30Mvar,从而提高了装置的容性工作效果。当然,当系统电压降低时,电容器组的无功输出将减少,此时STATCOM只能尽最大努力发出无功,直到达到其最大能力。装置与电容器配合后整体的运行策略及作用区域如图6所示,图中忽略了部分细节。图7为±50MvarSTATCOM与30Mvar电容器配合使用的混合装置在故障情况下的动态响应曲线,故障设置与本文第3