吳跨宇，房 樂，盧岑岑，沈軼君

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

隨著華東電網(wǎng)大量特高壓直流輸電系統(tǒng)的投運(yùn)和外來電比例的快速提升，特高壓交直流混聯(lián)、大容量直流多點(diǎn)饋入的受端電網(wǎng)運(yùn)行模式日漸成形。特高壓直流站的運(yùn)行特點(diǎn)、穩(wěn)定需求和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定控制的要求和影響日益顯著，保障特高壓直流站的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行已成為影響電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

特高壓直流站與饋入交流電網(wǎng)在無功電壓方面的相互影響主要表現(xiàn)為2個(gè)方面：

（1）發(fā)生直流故障閉鎖時(shí)無功需求的巨額突變過程及站用無功補(bǔ)償裝置投切的動(dòng)態(tài)過程會(huì)引發(fā)系統(tǒng)電壓大幅波動(dòng)，伴隨著大額有功潮流調(diào)整，會(huì)對(duì)電壓穩(wěn)定形成威脅[1-3]。

（2）換流站臨近交流系統(tǒng)的故障尤其是短路、接地等故障引發(fā)系統(tǒng)電壓大幅跌落時(shí)，會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)換相失敗，嚴(yán)重情況下多次換相失敗會(huì)最終導(dǎo)致直流閉鎖[4-7]。

因此，特高壓直流系統(tǒng)自身運(yùn)行過程需要大量的靜態(tài)無功功率支撐外，在交直流系統(tǒng)故障或異常運(yùn)行過程更需要快速、大額的動(dòng)態(tài)無功支撐才能保障換流站和所在交流電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行[8-10]。

近年來，隨著技術(shù)發(fā)展，原先電網(wǎng)中廣泛采用的調(diào)相機(jī)無功補(bǔ)償和支撐方式已被電容/電抗器和電力電子動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備所替代。雖然其具有響應(yīng)速度快、運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是其補(bǔ)償和控制能力也存在抗沖擊和過載能力差、電壓跌落后無功補(bǔ)償能力明顯下降等不足[11]。調(diào)相機(jī)屬于同步電動(dòng)機(jī)，除了具備較強(qiáng)短時(shí)過載能力以外，電網(wǎng)電壓跌落時(shí)同步電動(dòng)機(jī)特性會(huì)瞬間增加無功輸出。再加上配套勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)、快速強(qiáng)勵(lì)，同步調(diào)相機(jī)具有容量大、過載能力強(qiáng)、暫態(tài)性能優(yōu)、可控性好等明顯優(yōu)勢，尤其適用于特高壓直流站寬泛、巨額、快速的無功支撐需求[8-11]。因此，雖然調(diào)相機(jī)也存在運(yùn)行維護(hù)工作量大、投資高、增加系統(tǒng)短路電流等問題，但國家電網(wǎng)公司已經(jīng)開始在多個(gè)特高壓直流站開展調(diào)相機(jī)工程建設(shè)。

調(diào)相機(jī)雖屬同步電動(dòng)機(jī)，但是其運(yùn)行特性、控制目標(biāo)和控制策略方面與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)組存在明顯差別。調(diào)相機(jī)沒有發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)，其并網(wǎng)運(yùn)行后本質(zhì)上是一臺(tái)不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動(dòng)機(jī)。因此，其所有電氣運(yùn)行性能均由勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制策略的優(yōu)劣直接決定了調(diào)相機(jī)的無功調(diào)節(jié)能力和控制支撐性能。以下針對(duì)調(diào)相機(jī)與常規(guī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特性差別，分析調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制特點(diǎn)，提出調(diào)相機(jī)勵(lì)磁的控制策略建議。

1 調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制特點(diǎn)分析

1.1 調(diào)相機(jī)勵(lì)磁形式與電網(wǎng)接入方式

為了充分發(fā)揮調(diào)相機(jī)對(duì)換流站的無功電壓支撐容量和快速性，目前典型設(shè)計(jì)的換流站均配置兩臺(tái)調(diào)相機(jī)[12]。調(diào)相機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行后采用調(diào)節(jié)速度快、可控性強(qiáng)的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)[8]。與常規(guī)發(fā)電機(jī)類似，2臺(tái)調(diào)相機(jī)出口端電壓一般為20 kV，分別經(jīng)變壓器升壓后經(jīng)交流開關(guān)串接入換流站500 kV交流母線。同時(shí)，交流母線上還同時(shí)接有大量的交流濾波器、并聯(lián)電容器組以及交流送出線路。接線方式如圖1所示。

1.2 調(diào)相機(jī)與常規(guī)發(fā)電機(jī)組區(qū)別

調(diào)相機(jī)本質(zhì)上是一臺(tái)帶勵(lì)磁控制的無機(jī)械負(fù)載同步電動(dòng)機(jī)，其從電網(wǎng)上吸收少量有功功率以克服機(jī)械損耗和電機(jī)銅耗、鐵耗。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁來調(diào)節(jié)機(jī)組機(jī)端電壓進(jìn)而控制機(jī)組的無功功率。

目前，大型調(diào)相機(jī)一般通過現(xiàn)有的汽輪發(fā)電機(jī)組更改設(shè)計(jì)而來，主要針對(duì)調(diào)相機(jī)在無功響應(yīng)速度、定轉(zhuǎn)子過載能力和進(jìn)相運(yùn)行能力等方面進(jìn)行調(diào)整和加強(qiáng)，電氣參數(shù)變化主要體現(xiàn)在電機(jī)短路比、暫態(tài)時(shí)間常數(shù)、瞬態(tài)和超瞬態(tài)電抗、轉(zhuǎn)子強(qiáng)勵(lì)電壓和強(qiáng)勵(lì)電流水平、定轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力等。

常規(guī)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要控制機(jī)組勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、機(jī)端電壓和無功功率，主控制環(huán)運(yùn)行控制邏輯與機(jī)組有功功率、定子有功電流等有功相關(guān)電氣量關(guān)系不大。調(diào)相機(jī)勵(lì)磁需要調(diào)整的主要是低勵(lì)限制、定子過電流限制、最小勵(lì)磁電流限制、功角限制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等與有功功率或有功電流分量相關(guān)的控制功能。

另一方面，調(diào)相機(jī)的運(yùn)行特性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有：

（1）加寬機(jī)組無功運(yùn)行范圍。

（2）加快無功功率控制響應(yīng)速度。

（3）提升機(jī)組無功功率過載能力。

因此，相對(duì)于常規(guī)發(fā)電機(jī)組，調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制的差別主要體現(xiàn)在與前述三個(gè)方面有關(guān)的控制功能。具體來說，與無功控制范圍相關(guān)的主要是低勵(lì)限制等功率相關(guān)限制功能，與控制速度相關(guān)的主要是AVR（電壓控制模式）主控制環(huán)及調(diào)差等附加控制及整流橋觸發(fā)角范圍等，與過載能力相關(guān)的主要是頂值限制、過勵(lì)限制、定子過電流限制、過磁通限制等過熱相關(guān)限制功能。

2 調(diào)相機(jī)主要?jiǎng)?lì)磁控制策略

2.1 勵(lì)磁AVR控制

目前，隨著勵(lì)磁控制數(shù)學(xué)模型的規(guī)范化，自并勵(lì)勵(lì)磁AVR（電壓控制模式）一般采用2種統(tǒng)一的控制模型，即并聯(lián)PID控制與串聯(lián)PID控制，其中前者為無差調(diào)節(jié)，后者為有差調(diào)節(jié)，2種模型總體控制性能接近，均可以滿足調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制需求。雖然調(diào)相機(jī)與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制在AVR主環(huán)控制功能上類似，但是調(diào)相機(jī)對(duì)無功電壓的控制響應(yīng)速度和幅度均有較高要求。因此，為提高調(diào)相機(jī)無功功率響應(yīng)速度、充分發(fā)揮調(diào)相機(jī)高倍數(shù)強(qiáng)勵(lì)電壓的優(yōu)勢，AVR可以在保證控制穩(wěn)定裕度前提下采用較大的靜態(tài)放大倍數(shù)，必要時(shí)可以采用勵(lì)磁電流反饋、PSVR（電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器）等附加控制，以保證在母線電壓幅波動(dòng)時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)及早達(dá)到強(qiáng)勵(lì)頂值電壓輸出，提升響應(yīng)速度、增強(qiáng)支撐力度。

2.2 調(diào)差功能配置與參數(shù)整定

常規(guī)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)正調(diào)差主要用于機(jī)端并列機(jī)組的無功穩(wěn)定分配，防止機(jī)組搶無功而振蕩。勵(lì)磁系統(tǒng)負(fù)調(diào)差主要用于等效補(bǔ)償單元接線機(jī)組的主變壓器短路電抗，用于提升機(jī)組無功響應(yīng)能力和系統(tǒng)電壓支撐能力。

同站2臺(tái)調(diào)相機(jī)采用升壓變升壓后在500 kV交流母線并列的單元機(jī)組接線方式，已有資料顯示，升壓變電抗約為15%。因此，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)通過負(fù)調(diào)差設(shè)置來達(dá)到母線電壓波動(dòng)時(shí)更大的無功響應(yīng)幅度目的，即當(dāng)系統(tǒng)母線電壓跌落時(shí)，勵(lì)磁控制系統(tǒng)除控制機(jī)組電壓在給定值以外還會(huì)額外提供一個(gè)附加給定于AVR，用于間接提升系統(tǒng)母線電壓，反之亦然。因此，調(diào)相機(jī)應(yīng)投入負(fù)調(diào)差功能。

根據(jù)已有資料，典型調(diào)相機(jī)視在功率為412 MVA，額定無功功率為300 Mvar，則當(dāng)機(jī)組達(dá)到額定功率時(shí)其無功標(biāo)幺值為300/412=0.73。當(dāng)負(fù)調(diào)差分別設(shè)置為-5%與-7%時(shí)，附加電壓給定分別為3.65%和5.11%?？紤]到機(jī)組電壓運(yùn)行范圍不超越額定值的±5%[13]，推薦負(fù)調(diào)差為-7%～-5%范圍。并網(wǎng)點(diǎn)等效調(diào)差（忽略主變與電機(jī)容量偏差）為+8%～+10%，可以防止過度補(bǔ)償導(dǎo)致2臺(tái)調(diào)相機(jī)之間出現(xiàn)無功振蕩，保持機(jī)組穩(wěn)態(tài)分配穩(wěn)定的同時(shí)加強(qiáng)了調(diào)相機(jī)與系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。

2.3 調(diào)相機(jī)勵(lì)磁限制功能配置

如前所述，調(diào)相機(jī)本質(zhì)上是一臺(tái)并網(wǎng)運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，有其正常運(yùn)行區(qū)間限制。因此，調(diào)相機(jī)依然需要配置相應(yīng)的勵(lì)磁限制功能以保障電機(jī)在超過運(yùn)行區(qū)間時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)能控制電機(jī)回到正常運(yùn)行區(qū)間運(yùn)行，安全前提下保持電機(jī)持續(xù)在線運(yùn)行。

調(diào)相機(jī)勵(lì)磁主要應(yīng)配置低勵(lì)限制功能、V/Hz限制功能、定子過電流限制功能和轉(zhuǎn)子過電流限制。其中，V/Hz限制與常規(guī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁一致，應(yīng)采用與電機(jī)過磁通能力相匹配的反時(shí)限限制特性。勵(lì)磁電流頂值限制、轉(zhuǎn)子電流反時(shí)限限制即過勵(lì)限制與常規(guī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁配置一致，區(qū)別在于調(diào)相機(jī)具有較高的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和持續(xù)時(shí)間，其定值需要根據(jù)機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)配套整定。

2.4 調(diào)相機(jī)勵(lì)磁的低勵(lì)限制功能

同步電動(dòng)機(jī)無功進(jìn)相過深會(huì)導(dǎo)致機(jī)組功角δ增大，極端情況下可能導(dǎo)致機(jī)組失去靜穩(wěn)。機(jī)組過度進(jìn)相運(yùn)行后會(huì)導(dǎo)致電機(jī)端部發(fā)熱，長時(shí)間過度進(jìn)相會(huì)發(fā)生因發(fā)熱而破壞端部絕緣。同時(shí)，機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行過程與機(jī)端電壓相關(guān)，如果機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行是由于機(jī)端電壓過低而非系統(tǒng)電壓過高導(dǎo)致，則過度進(jìn)相可能影響廠用電電壓。但是調(diào)相機(jī)的廠用電來自于站用10 kV系統(tǒng)，而調(diào)相機(jī)制造廠針對(duì)調(diào)相機(jī)進(jìn)相運(yùn)行需要而對(duì)端部繞組進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)，提升其過熱承受能力。因此，影響調(diào)相機(jī)低勵(lì)限制的因素主要是與功角相關(guān)的靜穩(wěn)極限。

常規(guī)發(fā)電機(jī)組低勵(lì)限制曲線一般由多點(diǎn)折線描述，整定定值單常用的五點(diǎn)折線限制曲線如圖2所示。機(jī)組允許進(jìn)相深度與發(fā)電機(jī)有功功率成反比，機(jī)組有功功率越小，允許的發(fā)電機(jī)無功進(jìn)相越多。

當(dāng)串聯(lián)電阻忽略時(shí)，發(fā)電機(jī)經(jīng)線路與無窮大母線相聯(lián)的簡化功率傳輸公式如式（1）所示。

式中：Xd為等效電抗；V為系統(tǒng)電壓；Pe為發(fā)電機(jī)功率，接近于0；Eq則由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制，其大小與電機(jī)無功功率相關(guān)。

可見發(fā)電機(jī)功角主要與發(fā)電機(jī)有功功率、內(nèi)電勢Eq、系統(tǒng)電壓和阻抗相關(guān)。因此，調(diào)相機(jī)功角δ與Eq直接相關(guān)即與無功功率直接相關(guān)。

調(diào)相機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，本質(zhì)上是一臺(tái)不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動(dòng)機(jī)，其消耗的有功功率主要是機(jī)械損耗和電機(jī)的銅耗、鐵耗，其占機(jī)組容量1%左右。因此，調(diào)相機(jī)勵(lì)磁的低勵(lì)限制可以近似為不考慮有功功率的一個(gè)無功進(jìn)相能力點(diǎn)，即如圖2所示的QT。當(dāng)機(jī)組進(jìn)相無功大于該點(diǎn)時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)增加勵(lì)磁電流即電機(jī)Eq，來實(shí)現(xiàn)低勵(lì)限制功能。

存在一個(gè)特例是，當(dāng)調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)為可以長時(shí)間無勵(lì)磁電流運(yùn)行時(shí)，則其勵(lì)磁系統(tǒng)無需配置低勵(lì)限制功能。但應(yīng)進(jìn)行調(diào)相機(jī)現(xiàn)場進(jìn)相試驗(yàn)實(shí)測獲取勵(lì)磁電流與進(jìn)相無功、機(jī)組功角等的特性關(guān)系。確保機(jī)組無勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的功角遠(yuǎn)離靜穩(wěn)極限角，且機(jī)組端部發(fā)熱在允許范圍內(nèi)。

圖2 低勵(lì)限制曲線

2.5 調(diào)相機(jī)勵(lì)磁的定子電流限制

調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)的目的是提供最大的進(jìn)相和滯相無功運(yùn)行范圍。因此，不論進(jìn)相還是滯相運(yùn)行，定子均可能出現(xiàn)因過無功而過電流的運(yùn)行工況。不同于常規(guī)發(fā)電機(jī)組，調(diào)相機(jī)有功功率接近0，其定子電流主要成分為無功電流。因此，當(dāng)出現(xiàn)定子過電流時(shí)，不需要考慮在功率因素接近1時(shí)的控制穩(wěn)定性問題，但仍需考慮進(jìn)相和滯相運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流控制方向問題。調(diào)相機(jī)定子過電流限制同樣應(yīng)遵循GB/T 7064的運(yùn)行規(guī)則，即采用反時(shí)限限制公式：

式中：I為過電流倍數(shù)；t為過電流時(shí)間，適用范圍為10～60 s；37.5為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小定子熱容量，實(shí)際定子過電流限制的熱容量設(shè)定值應(yīng)根據(jù)調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)值整定。

3 調(diào)相機(jī)無功電壓協(xié)調(diào)控制策略

3.1 調(diào)相機(jī)無功電壓協(xié)調(diào)控制需求分析

如前所述，直流換流器工作時(shí)需要消耗大量無功功率，根據(jù)相關(guān)研究，輸送容量8 000 MW的±800 kV換流站需要消耗無功功率約4 000 Mvar[1]。其運(yùn)行過程的無功基荷及其調(diào)整應(yīng)由站用無功補(bǔ)償裝置即電容器組投切方式來滿足。調(diào)相機(jī)作為快速無功支撐源，主要承擔(dān)系統(tǒng)電壓異常波動(dòng)過程中的快速無功調(diào)節(jié)和電壓支撐。因此，正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)相機(jī)應(yīng)盡量輕負(fù)荷運(yùn)行，留足備用調(diào)節(jié)容量。

采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的調(diào)相機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁控制應(yīng)置于恒機(jī)端AVR即通過實(shí)時(shí)控制勵(lì)磁整流橋輸出勵(lì)磁電壓來控制電機(jī)機(jī)端電壓在設(shè)定值上，其控制的響應(yīng)時(shí)間一般在數(shù)毫秒到數(shù)十毫秒，其基本原理如圖3所示。

圖3 勵(lì)磁系統(tǒng)控制原理

正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁控制器通過檢測發(fā)電機(jī)電壓、電流和勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流等運(yùn)行工況，計(jì)算出實(shí)時(shí)控制變量Uc，轉(zhuǎn)換成角度脈沖后觸發(fā)整流橋，實(shí)現(xiàn)整流橋輸出電壓控制繼而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流和機(jī)端電壓控制。系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)通過跟蹤機(jī)端電壓給定值來快速調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)輸出即發(fā)電機(jī)無功功率，保持交流母線電壓穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)因短路等故障出現(xiàn)大幅電壓跌落時(shí)，AVR可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勵(lì)有力提升交流母線電壓，大大降低直流換相失敗概率，實(shí)現(xiàn)故障過程的電壓支撐。

如前所述，調(diào)相機(jī)正常運(yùn)行時(shí)承擔(dān)系統(tǒng)無功備用和快速無功調(diào)節(jié)功能，其無功容量不應(yīng)用于換流站無功基荷。但是調(diào)相機(jī)勵(lì)磁在AVR模式時(shí)，隨著系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，電壓給定值Uref不變時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組無功輸出。系統(tǒng)電壓較低時(shí)，調(diào)相機(jī)會(huì)大量發(fā)出滯相無功，系統(tǒng)電壓較高時(shí)，則吸收大量進(jìn)相無功，從而喪失備用容量。因此，調(diào)相機(jī)的無功功率運(yùn)行工況應(yīng)由一個(gè)無功外環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)與AVR協(xié)調(diào)控制，共同實(shí)現(xiàn)電壓支撐和穩(wěn)態(tài)無功工況調(diào)節(jié)。

3.2 調(diào)相機(jī)無功外環(huán)設(shè)計(jì)方法

從安全和并行控制角度考慮，工程上機(jī)組無功功率外環(huán)一般采用增減磁方式調(diào)整機(jī)端電壓給定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不采用直接更改電壓給定值的危險(xiǎn)方式。增減磁命令根據(jù)上層控制系統(tǒng)設(shè)置可以來自于AVC或站域監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站域無功功率的優(yōu)化協(xié)調(diào)，也可以是運(yùn)行人員根據(jù)需要在監(jiān)控臺(tái)手動(dòng)發(fā)命令調(diào)節(jié)。

無功功率外環(huán)在時(shí)間尺度上應(yīng)與AVR進(jìn)行區(qū)分，勵(lì)磁系統(tǒng)目前控制周期一般為3.3 ms，勵(lì)磁電壓響應(yīng)時(shí)間不大于0.1 s[14]，其定位在暫態(tài)控制時(shí)間尺度。為避免無功控制外環(huán)頻繁調(diào)節(jié)影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行甚至在暫態(tài)過程出現(xiàn)無功反調(diào)，影響調(diào)相機(jī)暫態(tài)支撐性能，無功外環(huán)應(yīng)定位為穩(wěn)態(tài)控制時(shí)間尺度，其控制周期建議在10 s至分鐘級(jí)時(shí)間尺度上。

無功外環(huán)可以有2種方式：

（1）采用常規(guī)電廠的AVC系統(tǒng)方式，其與換流站的無功電壓綜合控制系統(tǒng)進(jìn)行融合。通過換流站監(jiān)控系統(tǒng)給勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)分鐘級(jí)的增減磁脈沖命令，控制調(diào)相機(jī)穩(wěn)態(tài)無功運(yùn)行區(qū)間，當(dāng)調(diào)相機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行無功絕對(duì)值較大時(shí)進(jìn)行無功置換控制，實(shí)現(xiàn)站域無功電壓優(yōu)化。

（2）在勵(lì)磁控制器接收無功功率運(yùn)行參考值，在其內(nèi)部控制實(shí)現(xiàn)電壓內(nèi)環(huán)與無功外環(huán)結(jié)合的方式，其基本原理如圖4所示。

在傳統(tǒng)AVR模型的基礎(chǔ)上，增加無功功率給定Qref，通過當(dāng)前運(yùn)行無功與給定值比較得出無功功率偏差。根據(jù)無功偏差綜合考慮系統(tǒng)阻抗、機(jī)組調(diào)差系數(shù)后計(jì)算得到機(jī)端電壓偏差值ΔUref，如式（3）所示。其中，系統(tǒng)阻抗Xt可以采用預(yù)設(shè)值基礎(chǔ)上的運(yùn)行過程辨識(shí)優(yōu)化獲得。將ΔUref偏差值換算成脈沖個(gè)數(shù)（或脈寬），并經(jīng)過一個(gè)數(shù)秒級(jí)間隔時(shí)間的脈沖序列發(fā)送至AVR給定進(jìn)行積分，即通過緩慢調(diào)節(jié)AVR給定的方式來控制機(jī)組穩(wěn)態(tài)無功功率。

圖4 無功電壓綜合勵(lì)磁控制原理

需要注意的是，這種基于AVR的無功外環(huán)方式需設(shè)置合理的無功偏差死區(qū)和較大的控制延時(shí)時(shí)間避免頻繁調(diào)節(jié)。同時(shí)，需要采取其他附加條件判定、閉鎖無功調(diào)節(jié)邏輯等結(jié)合的方法，以避免勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)等異常運(yùn)行工況下的無功反調(diào)問題。當(dāng)運(yùn)行人員需要手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)相機(jī)運(yùn)行電壓和無功功率時(shí)，其增減磁操作可以直接作用于增減無功功率給定值Qref或電壓給定值Uref。從而綜合實(shí)現(xiàn)暫態(tài)自動(dòng)電壓控制、穩(wěn)態(tài)自動(dòng)無功控制和運(yùn)行手動(dòng)控制三者有機(jī)融合。

4 結(jié)語

針對(duì)調(diào)相機(jī)與常規(guī)發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)和運(yùn)行的不同特點(diǎn)，結(jié)合換流站無功電壓綜合控制需求，分析了調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制策略與常規(guī)發(fā)電機(jī)組的差別，提出了調(diào)相機(jī)勵(lì)磁主控制環(huán)和主要?jiǎng)?lì)磁限制功能的配置方法和參數(shù)整定原則。

針對(duì)調(diào)相機(jī)不帶換流站無功基荷的運(yùn)行要求，提出了采用恒機(jī)端電壓內(nèi)環(huán)和恒無功功率外環(huán)的綜合控制思路，既保證了暫態(tài)過程調(diào)相機(jī)的無功電壓調(diào)節(jié)支撐能力，又提供了站域無功優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的手段。此處提出的勵(lì)磁控制策略和無功電壓協(xié)調(diào)控制策略可以供換流站調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行過程參考。

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