交流侧LCC换流器、滤波器和SVG无功协调控制方法与流程

本发明是关于一种直流工程交流侧lcc换流器（电网换相换流器）、滤波器和svg（静止无功发生器）的无功协调控制方法，涉及无功补偿。

背景技术：

1、lcc（电网换相直流输电技术）在国内有着大量的应用，其输送能力强，稳定性好，可靠性高，在远距离能量输送中有着重要作用，但是lcc直流工程在交流侧无功补偿方面存在一些固有的缺陷，主要有：

2、1）lcc换流器运行时必然会消耗大量的容性无功，消耗的无功大致是换流器传输的有功功率的一半，这就必然要配备大量的无功补偿设备，限制了直流工程的运行灵活性。

3、2）传统lcc换流器使用无源滤波器作为无功补偿设备，滤波器的无功容量固定，不能连续调节，只能一组一组的使用断路器进行投切，投切速度慢，带来电压和无功阶梯状波动，为了限制该波动的大小，不得不限制滤波器的容量，这又导致滤波器配置数量多，占地大。除此之外，由于断路器投切非常慢，发生系统故障时滤波器不能及时投入或者切除，不能支撑直流系统的故障恢复，甚至会在直流系统闭锁时因不能切除造成极大的过电压，对直流系统安全运行造成威胁。

4、3）lcc换流器本身可以进行一定的无功吸收调节，通过调节直流逆变侧换流器的关断角来达到这个目的，但是lcc换流器逆变侧的γ角调节是有所限制的，γ角的最小值受到换相失败的限制，一般工程不会超过15°，而γ角度过大，则会导致晶闸管的损耗过大。在交流系统发生故障时，由于换流器需要通过调节触发角和关断角来控制直流系统功率，因此在故障时不能使用换流器的无功调节功能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种交流侧lcc换流器、滤波器和svg无功协调控制方法，能够综合利用三者能力，优化lcc直流工程的无功补偿能力，减少对交流系统的干扰、提高直流工程性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：本发明提供的一种直流工程交流侧lcc换流器、滤波器和svg无功协调控制方法，包括：

3、在没有发生故障的稳态工况下，svg控制换流站和交流系统的第一断面无功为qaim1，该第一段面内包括直流换流器、svg和无源滤波器；

4、随着直流功率的增加或降低，svg出力达到极限值失去无功控制能力时，由直流换流器通过调节换流器逆变侧的关断角（γ角）控制换流站和交流系统的第一断面无功为qaim2，以直流换流站向交流输出的容性无功为正，其中，qaim2>qaim1，该参数值大小的目的是为了在svg有调节能力时，保持γ角一直在最小值；

5、随着直流功率的增加或降低，直流换流器的关断γ角到达极限值失去无功控制能力时，由滤波器通过投入或者切除控制换流站和交流系统的第一断面无功为qmin~qmax之间。

6、进一步地，随着直流功率的降低，无功控制的各个参数满足的条件为：

7、qmax-qacf<qaim1；

8、由于要将无功波动控制在qlimit之内，因此：

9、qmax-qaim1<qlimit,qacf-(q2-q1)<qlimit,qacf-(q4-q3)<qlimit；

10、式中，qacf为滤波器容性无功，qlimit为交流系统的无功波动限制值，q1~q2为svg的无功能力，q3~q4为直流换流器调整γ角时无功变化范围。

11、进一步地，随着直流功率的升高，无功控制的各个参数满足的条件为：

12、qmin+qacf>qaim2；

13、由于要将无功波动控制在qlimit之内，因此：

14、qaim2-qmin<qlimit, qacf-(q2-q1)<qlimit, qacf-(q4-q3)<qlimit；

15、其中，qacf为滤波器容性无功，qlimit为交流系统的无功波动限制值，q1~q2为svg的无功能力，q3~q4为直流换流器调整γ角时无功变化范围。

16、进一步地，当直流换流器的关断γ角角度保持不变时，由svg来调节无功，在控制能力内控制换流站和交流系统第一断面交换的无功在qaim1，将滤波器投切的无功波动控制在qlimit之内；当svg退出时，由直流换流器来调节无功，在控制能力内控制换流站和交流系统第一断面交换的无功在qaim2，将滤波器投切的无功波动控制在qlimit之内。

17、进一步地，qaim1和qaim2为设定的固定值或者设定的无功变化范围，当第一断面无功在qaim1时，svg不再变化出力，保持上一刻的无功出力，当第一断面无功在qaim2时，直流换流器的关断角保持上一刻的值，避免了svg和/或直流换流器的不断动作。

18、进一步地，当发生故障时，换流器、滤波器和svg进入暂态无功协调控制过程，包括：

19、当直流系统交流侧母线电压大于umax，或直流系统交流侧母线电压小于umin时，认为系统发生故障进入暂态工况，svg进入电压控制模式；

20、设置svg的电压控制值uaim，使得svg快速无功出力帮助系统从故障恢复，使电压尽快恢复常态；

21、故障恢复后，svg控制方式退出电压控制模式恢复到无功控制模式。

22、进一步地，svg的电压控制值uaim一般设定为(umax+umin)/2。

23、进一步地，故障恢复后svg从电压控制模式进入无功控制模式，撤掉svg无功能力后，不应重新进入暂态工况。

24、进一步地，设置当直流系统交流侧电压小于uup且大于udown时且持续时间t后，认为暂态过程已经结束，其中，uup=umax-△u，udown=umin+△u，△u是svg出力变化导致的交流电压最大跳变值，svg的无功调节能力如为q1~q2，则△q= q1-q2在该交流系统中对应的电压即为△u，时间t应大于交流系统最大故障恢复时间。

25、进一步地，当svg进入电压控制模式中，svg的无功出力不再可控，滤波器和直流换流器的控制不能再以包含svg无功的第一断面无功为控制量，而是以仅包含滤波器和直流换流器的第二断面无功为控制量，控制过程包括：在svg进入电压控制模式时，滤波器控制第二断面无功为【qmin-q2，qmax-q1】，直流换流器关断γ角控制第二断面无功为qaim2-q1，此时和稳态工况就能保持一致，在进出暂态工况时不会造成波动，其中，q1~q2为svg的无功能力。

26、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：

27、1、本发明利用svg和换流器的连续无功调节能力，减少了滤波器投切时造成的无功和电压波动，减少了直流系统和交流系统的无功交换，因此这也同时增大了lcc直流系统装设滤波器的容量，减少了滤波器装设的数量，减少了直流工程的占地；

28、2、本发明利用了svg在故障态下能快速出无功的特性，在直流系统交流侧发生故障的时候让svg快速出无功控制电压，帮助故障恢复，提高了直流系统的故障恢复速度；

29、3、本发明将svg、滤波器和直流换流器的无功出力特点结合起来，成为一个完整的换流站无功补偿系统，共同控制，相互协调，在暂态和稳态下都保持统一，减少了各种突变的情况。

30、综上，考虑在lcc直流工程中，本发明加入由igbt可关断器件组成的能够高速连续调节无功的svg组成混合式换流场，利用svg的高速控制性能，弥补lcc换流器无功补偿设备限制大、不灵活、不连续的缺陷，减少对交流系统的扰动，并在暂态时支撑交流系统无功。可以广泛应用于电网换相直流输电中。