考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法.pdf

第 卷 年第 期 月.考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法李 毅 孙鑫磊 吴 飞 吕 璐(.中海石油(中国)有限公司 天津分公司 天津 滨海新区.中海油能源发展装备技术有限公司 天津 滨海新区)摘 要:研究考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法 提升主动控制效果 通过建立高压电机就地无功补偿装置数学模型 分析就地无功补偿装置主动控制影响因素 通过改进花朵授粉算法 优化 调节器参数 利用参数优化后的 调节器 结合影响因素 得到就地无功补偿装置主动控制的有功、无功电压 利用正负序网络下分别定向矢量控制方法 结合有功、无功电压 得到暂态稳定时就地无功补偿装置输出的无功功率 无功补偿高压电机 实现高压电机就地无功补偿装置主动控制 实验证明:该方法可有效主动控制高压电机就地无功补偿装置 提升高压电机电压与电流的稳定性 在不同高压电机负载率时 该方法均可有效主动控制就地无功补偿装置 提升高压电机功率因数 具备较优的主动控制效果关键词:暂态稳定性 高压电机 无功补偿装置 主动控制 正负序网络 花朵授粉中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.().):.:收稿日期:作者简介:李 毅()男 硕士 高级工程师 研究方向为电力工程孙鑫磊()男 本科 中级工程师 研究方向为电气工程吴 飞()男 硕士 高级工程师 研究方向为电气工程吕 璐()男 本科 高级工程师 研究方向为电气工程 期李 毅等:考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法 引 言在高压电机中应用就地无功补偿装置 可提升高压电机功率因数 确保其稳定运行 降低其能量损耗 若该装置补偿量较小 便达不到应有的补偿效果 若补偿量较大 则该装置容量损失较快会加快其失效速度 因此 为提升该装置的补偿效果 需设计主动控制方法 严格控制补偿量 提升高压电机电压稳定性 降低其能量损耗 例如何改革等人通过幅相动力学理论 构造无功补偿装置的幅相运动方程模型 通过分析运动方程模型的运动特性 设计主动控制方法 实现无功补偿装置的电压稳定控制 该方法具备无功补偿装置主动控制的有效性 朱宏超等人以提升无功补偿装置的无功调节裕度为目的 设计无功补偿装置中电容器与电抗器的协调控制方法 提升无功补偿装置的稳态无功输出效果 该方法可有效协调控制无功补偿装置 但这两个方法均并未考虑暂态稳定性 对无功补偿装置控制的影响 电流响应速度慢 导致无功补偿装置控制的鲁棒性较差 存在有静差控制问题 为此 充分考虑高压电机出现故障时 高压电机暂态稳定过程中的电压波动情况 研究考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法 提升就地无功补偿装置主动控制效果高压电机就地无功补偿装置主动控制 暂态稳定下高压电机就地无功补偿装置的数学模型 在高压电机出现不对称故障情况下 会导致高压电机存在三相电压不对称问题 此时 为确保高压电机稳定运行 高压电机会进入暂态稳定状态 高压电机暂态稳定过程中 电压与电流正负序分量交叉 令高压电机连接点的瞬时功率出现脉动 导致就地无功补偿装置的电压出现波动 影响就地无功补偿装置主动控制效果 为此 考虑高压电机暂态稳定性 设计一种正负序网络下分别定向矢量控制方法 令就地无功补偿装置成功穿越不对称故障 在正负序网络下 通过分别定向控制电矢量 修正就地无功补偿装置输出的无功分量 稳定其直流侧电压 对高压电机进行无功补偿令高压电机三相电压是、高压电机与就地无功补偿装置的连接电抗是 假设高压电机中电流与电压三相平衡 则该装置的动态数学模型为 ()式中 为就地无功补偿装置等效损耗电阻 为调节系数、为就地无功补偿装置的三相补偿电流、为该装置的三相瞬时输出电压、为三相开关函数 为时间 为旋转坐标变换阵 为就地无功补偿装置直流侧电压因为高压电机就地无功补偿装置为三相三线平衡系统 所以存在 因此 可获取就地无功补偿装置的零序电压 公式如下:()式中 代表三相编号进而获取:()在式()内添加式()获取:()根据式()可知 三相坐标系下 该动态数学模型中的变量 都是时变量 且较为繁琐 导致主动控制难度较高 以坐标变换的方式 将式()变换至 旋转坐标系内 可降低主动控制难度变换后的该装置的动态数学模型为 ()卷式中 为高压电机电压角频率、为就地无功补偿装置补偿的有功、无功电流、为有功、无功开关函数、为高压电机的有功、无功电压由式()得知 坐标变换时 将高压电机电压矢量定向在 轴上 那么高压电机电压在 轴上的分量 便是 按照瞬时无功理论 可获取就地无功补偿装置输出的有功、无功功率 因此 主动控制 与 便可实现就地无功补偿装置主动控制 就地无功补偿装置主动控制过程中 其输出的 与 既受 与 的影响 又受高压电机有功、无功电压、影响 同时 与 间包含耦合电压 为此 以引入状态反馈 与 的方式 对 坐标轴下就地无功补偿装置控制量与被控量间进行解耦 实现 轴就地无功补偿装置电流与电压的独立主动控制 正负序网络下分别定向矢量的就地无功补偿装置主动控制 利用正负序网络下分别定向矢量控制方法 对暂态稳定下 高压电机就地无功补偿装置进行主动控制 修正就地无功补偿装置输出的无功分量 补偿高压电机电压解耦 坐标轴下就地无功补偿装置控制量与被控量时 依据 小节得知的就地无功补偿装置主动控制影响因素 利用比例积分()调节器 获取高压电机就地无功补偿装置的参考电压 在 调节器内输入检测的就地无功补偿装置有功、无功电流、与给定的有功、无功电流、间的差值 输出就地无功补偿装置主动控制的有功、无功电压、公式如下:()()()式中 为 调节器的比例增益 为积分时间常数 为就地无功补偿装置的开关函数通过引入状态反馈 与 实现就地无功补偿装置控制量与被控量间的解耦 并添加 与 对高压电机进行内部补偿 实现就地无功补偿装置 轴的无静差控制当高压电机存在不对称故障时 暂态稳定下就地无功补偿装置的三相补偿电流 以及三相瞬时电压如下:()()()()()()式中、为就地无功补偿装置输出电压的正序、负序分量 与 对应的电压相角是、为就地无功补偿装置输出电流的正序、负序分量 与 对应的电流相角是、通过分量对称法 对 调节器输出的就地无功补偿装置主动控制的有功、无功补偿电压、进行矢量分解 同时转换至正负序网络中 获取就地无功补偿装置 轴正负序网络下的电压方程 公式如下:()()式中 为虚数、为 轴正负序网络下高压电机电压、为 轴正负序网络下就地无功补偿装置的电流通过调整式()与式()内的、获取调整后的、由式()与式()合成调整后的、得到就地无功补偿装置的三相补偿电流 以及三相瞬时电压 即高压电机就地无功补偿装置的主动控制信号出现不对称故障时 高压电机便会处于暂态稳定状态 该状态下就地无功补偿装置通过输出的补偿电流与瞬时电压 结合瞬时无功理论 获取该装置输出的无功功率 无功补偿高压电机实现主动控制 基于改进花朵授粉算法的主动控制优化利用改进花朵授粉算法 对 小节高压电机就地无功补偿装置主动控制中 调节器的参数 期李 毅等:考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法与 进行优化 提升主动控制精度 具体步骤如下:步骤:改进花朵授粉算法参数初始化步骤:计算代表每组参数解的花粉的适应度值 以及当下全局最佳解 与最优值步骤:求解每组参数解的中心点 依据 以中心随机替换方式更新 调节器参数解集 的计算公式如下:()式中 花粉数量是 第 个花粉的代表的 调节器参数解是 步骤:调节器参数解集更新后 按照多样性控制策略 求解转换概率 公式如下:()()()()式中 为迭代次数、为 的最小、最大值 随机数是 ()为花粉 与 间的相似度步骤:分析 与 间的大小 若 则依据式()更新 调节器参数解 若 则依据式()更新 调节器参数解 公式如下:()()()()()式中、为、次迭代后 调节器参数解()为标准伽马函数 为常数、为同种植物的不同花粉步骤:分析新解的适应度值 如果新解适应度值较佳 那么更新当下解 反之 保留当下解步骤:计 算 全 局 最 佳 值 对 应 的 全 局 最 佳解 步骤:分析 是否达到最大值 若达到 则输出 即 调节器的最佳参数 反之 返回步骤 重新迭代 实验分析以某电厂的高压电机就地无功补偿装置为实验对象 该高压电机型号是 形状为鼠笼型 高压电机与就地无功补偿装置的具体参数如表 所示表 高压电机与就地无功补偿装置的具体参数参数参数值高压电机额定电压/额定电流/额定效率 额定功率因数 额定转速/(/)额定有功功率/额定转矩/转子电阻 转动惯量/激磁电感 就地无功补偿装置输出功率/输出电压有效值/直流侧电容/开关频率/卸荷负载/滤波电感/直流侧电压额定值/设置该高压电机在运行 时 出现不对称故障 此时高压电机处于暂态稳定状态 利用本文方法对暂态稳定状态下的高压电机就地无功补偿装置进行主动控制 本文方法主动控制前 高压电机电压、电流变化情况如图 所示 本文方法的高压电机无功补偿装置主动控制结果如图 所示图 主动控制前高压电机电压与电流的变化情况根据图()与图()可知 在高压电机运行至 左右时 其三相电压与电流均出现不同程度的波动 波动时间持续至 左右时 电压与电流才恢复至额定值 并呈正弦波的形式稳定输出 即本文方法主动控制就地无功补偿装置前 该高压电机的暂态过程持续了将近 消耗的时间较长 可能加剧高压电机的故障程度 影响高压电机电压的恢复速度 卷图 本文方法的就地无功补偿装置控制结果根据图()与图()可知 在高压电机出现不对称故障后 经过本文方法主动控制就地无功补偿装置后 该高压电机的电压与电流在 左右 电流与电压便恢复至额定值 并呈正弦波的形式稳定输出 高压电机暂态过程的持续时间接近 说明本文方法可快速主动控制就地无功补偿装置 对高压电机进行无功补偿 令高压电机电压与电流迅速恢复至稳定状态 提升就地无功补偿装置穿越暂态故障的能力 提升高压电机的暂态稳定性 实验证明:本文方法具备高压电机就地无功补偿装置主动控制的有效性 可明显缩短高压电机的暂态时间分析在不同高压电机负载率时 本文方法的主动控制效果 利用高压电机功率因数 衡量本文方法的主动控制效果 高压电机功率因数越接近 说明主动控制效果越佳 不同高压电机负载率时本文方法的主动控制效果如图 所示图 不同负载率时的主动控制效果根据图 可知 当高压电机负载率在 之间时 本文方法主动控制后 功率因数随着负载率的提升而下降 当负载率为时 功率因数降至最低 但并未低于最低功率因数 当负载率超过 时 功率因素随着负载率的提升而提升 实验证明:在不同高压电机负载率时 本文方法均可有效主动控制高压电机就地无功补偿装置 且主动控制后的高压电机功率因数较高 即主动控制效果较优 结 论在高压电机出现故障 进入暂态稳定状态时就地无功补偿装置对高压电机的无功补偿效果 直接影响高压电机运行的可靠性 为提升无功补偿效果 研究考虑暂态稳定性的高压电机就地无功补偿装置主动控制方法 提升其穿越暂态故障能力 有效主动控制就地无功补偿装置 改善高压电机的电能质量 加强高压电机运行的可靠性与暂态稳定性参考文献 官澜 刘菲 文卫兵 等.特高压交流变电站无功补偿装置直接接入 母线方案研究.中国电力 ():.梁有伟 庄志鸿.低压配电系统纯电容器组无功补偿装置的改进策略.电力电容器与无功补偿 ():.郑焕坤 石甜静.基于智能软开关和无功补偿装置的配电网双层优化.电力系统自动化 ():.黄炎光 许崇福 马智远 等.电网不平衡情况下级联星接 的控制策略.电力电容器与无功补偿 ():.夏鹏 刘文颖 朱丹丹 等.基于模型预测控制的多时间尺度无功电压优化控制方法.电力自动化设备 ():.何改革 胡立坤 朱文天.异步发电机带 装置的多尺度分析及稳压控制优化.电力电容器与无功补偿():.朱宏超 沈轶君 熊鸿韬 等.调相机与静态无功补偿装置的容量配置和协调控制策略.电力科学与技术学报():.闫群民 李玉娇.基于多频段电力系统稳定器的电力系统暂态稳定性优化策略.现代电力 ():.徐艳春 蒋伟俊 汪平 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