宋慧慧，代海濤，宗凡琪，焦 浩

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

特高壓直流輸電工程具有輸送容量大、輸電距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，緩解了我國(guó)中東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的用電需求，直流輸電工程發(fā)生故障引起功率損失將對(duì)送受端電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。在實(shí)際工程運(yùn)行過(guò)程中，造成傳輸功率損失的不僅有直流閉鎖，還有因各種因素限制出現(xiàn)的直流功率回降，了解直流功率回降的觸發(fā)因素能夠促進(jìn)有效防范與應(yīng)對(duì)直流功率回降。

1 引起功率回降的因素及動(dòng)作策略

引起功率回降的因素有：無(wú)功控制絕對(duì)最小濾波器不滿足功率回降；功率調(diào)制功能命令功率回降；保護(hù)請(qǐng)求功率回降；保護(hù)請(qǐng)求極平衡引起功率回降；過(guò)負(fù)荷能力限制功率回降；運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制功率回降等。

1.1 無(wú)功控制功能引起功率回降

無(wú)功控制功能引起功率回降，即絕對(duì)最小濾波器組數(shù)要求不滿足請(qǐng)求功率回降，是為了保護(hù)交流濾波器，防止交流濾波器因過(guò)負(fù)荷而損壞［1］。

動(dòng)作原理：根據(jù)絕對(duì)最小濾波器配置表，判斷當(dāng)前交流濾波器投入類型和組數(shù)是否滿足當(dāng)前功率水平下絕對(duì)最小濾波組數(shù)要求。若持續(xù)30 s不滿足，則進(jìn)行功率回降。

動(dòng)作策略：當(dāng)判斷出絕對(duì)最小濾波器要求不滿足持續(xù)30 s時(shí)，執(zhí)行功率回降，回降到的功率值為POW_LEVEL_x回滯值 （POW_LEVEL_x為當(dāng)前功率水平對(duì)應(yīng)的功率區(qū)間起始值或臨界值），即將功率降到下一個(gè)功率區(qū)間，判斷當(dāng)前濾波器投入情況是否滿足下一個(gè)功率區(qū)間絕對(duì)最小濾波器要求。若絕對(duì)最小濾波器持續(xù)不滿足，則每1 s回降一次。功率回降至當(dāng)前可用的濾波器可以支撐的最大功率。

1.2 功率調(diào)制命令功率回降

功率調(diào)制功能命令功率回降包括安控安全控制命令功率回降、頻率調(diào)制功率回降。

1.2.1 安控安全控制命令功率回降

安控安全控制命令功率回降是指直流控制保護(hù)設(shè)備接收安控安全控制裝置發(fā)送的功率回降信號(hào)和功率回降量，執(zhí)行功率回降。

動(dòng)作原理：涉及受端損失發(fā)電功率或受端甩負(fù)荷故障時(shí)，有可能要求迅速增大直流系統(tǒng)的功率，以便改善交流系統(tǒng)性能。反之，對(duì)于送端交流損失發(fā)電功率或者受端交流系統(tǒng)甩負(fù)荷的事故，可能要求自動(dòng)降低直流輸送功率［2］。安控安全控制裝置判斷出需要直流進(jìn)行功率提升或回降后，將提升或回降命令發(fā)送給直流控制保護(hù)設(shè)備執(zhí)行。

動(dòng)作策略：直流控保接收到安控安全控制功率回降命令，根據(jù)兩極功率控制方式進(jìn)行功率分配。

1）兩極均為雙極功率控制模式，在這種情況下，減小的功率按兩極電壓比進(jìn)行分配。

2）一極是極電流控制或極功率控制，一極是雙極功率控制時(shí)，如果雙極功率控制極可以滿足回降功率的要求，則僅回降該極功率；如果雙極功率控制極由于功率限制等原因不足以滿足回降功率的要求，剩余功率由極電流控制或極功率獨(dú)立控制極承擔(dān)。

3）雙極都是極電流控制或者都是極功率獨(dú)立控制時(shí)，回降的功率按兩極電壓比進(jìn)行分配，使不平衡電流不高于功率回降前的水平。

1.2.2 頻率調(diào)制功率回降

直流輸電工程運(yùn)行中，兩端的交流電網(wǎng)可能出現(xiàn)系統(tǒng)的頻率偏移，高于或者低于額定值50 Hz。對(duì)于頻率偏移，系統(tǒng)提供了頻率控制功能。該功能根據(jù)頻率變化情況自動(dòng)的提升或降低直流輸送功率，以保持系統(tǒng)穩(wěn)定。頻率控制功能一般不投入使用。

1.3 保護(hù)請(qǐng)求功率回降

保護(hù)請(qǐng)求功率回降是指為保護(hù)直流設(shè)備請(qǐng)求功率降至設(shè)備可承受范圍，包括換流器過(guò)流保護(hù)功率回降、接地極引線過(guò)負(fù)荷保護(hù)功率回降、直流開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)功率回降。功率回降時(shí)限定的電流值與各保護(hù)設(shè)備的過(guò)負(fù)荷能力相配合。請(qǐng)求功率回降保護(hù)動(dòng)作判據(jù)及電流限值如表1所示 （以額定電流6 250 A為例）。

1.4 保護(hù)請(qǐng)求極平衡引起功率回降

保護(hù)請(qǐng)求極平衡引起功率回降有雙極中性母線差動(dòng)保護(hù)極平衡、站接地極過(guò)流保護(hù)極平衡、后備站接地極過(guò)流保護(hù)極平衡、接地極引線過(guò)負(fù)荷保護(hù)極平衡、接地極引線差動(dòng)保護(hù)極平衡、接地極引線不平衡保護(hù)極平衡［3］。

雙極運(yùn)行時(shí)，保護(hù)才可引發(fā)極平衡，收到極平衡動(dòng)作請(qǐng)求后，將較高電流指令所在極的電流回降至較低電流指令所在極的水平，使兩極電流平衡。請(qǐng)求極平衡保護(hù)及動(dòng)作判據(jù)如表2所示。

1.5 過(guò)負(fù)荷能力限制功率回降

過(guò)負(fù)荷能力限制功率回降，是指系統(tǒng)3 s或2 h或長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷能力限制電流指令，引起功率回降。

根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度的條件下，考慮備用冷卻設(shè)備是否可用，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)負(fù)荷水平使用情況，計(jì)算得到兩個(gè)換流器的過(guò)負(fù)荷能力，對(duì)功率／電流指令進(jìn)行限幅［4］。沂南站系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)負(fù)荷水平如表3所示。

表1 請(qǐng)求功率回降保護(hù)列表

表2 請(qǐng)求極平衡保護(hù)列表

表3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)負(fù)荷水平

若超過(guò)3 s過(guò)負(fù)荷能力，3 s過(guò)負(fù)荷將電流指令限制到7 730 A；3 s過(guò)負(fù)荷能力結(jié)束后，2 h過(guò)負(fù)荷將電流指令限制到6 607 A；2 h過(guò)負(fù)荷能力結(jié)束后，長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷能力將功率限制為1.0 pu。

1.6 運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制功率回降

運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制功率回降，是指運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，各運(yùn)行工況的對(duì)應(yīng)的過(guò)負(fù)荷能力限制電流指令，引起功率回降。

不同運(yùn)行工況、控制模式對(duì)應(yīng)不同的過(guò)負(fù)荷限制，當(dāng)運(yùn)行工況改變時(shí)，對(duì)應(yīng)運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制改變，可能導(dǎo)致電流限制從而引起功率回降。例如正送降壓運(yùn)行工況下過(guò)負(fù)荷限制為電流1.0 pu，當(dāng)全壓轉(zhuǎn)降壓運(yùn)行方式時(shí)，電流指令有可能超過(guò)1.0 pu而被限制到1.0 pu，從而引起功率回降。

功率正送工況出現(xiàn)降壓、站間通信異常、逆變側(cè)進(jìn)入應(yīng)急電流模式、站內(nèi)接地極連接時(shí)，對(duì)應(yīng)過(guò)負(fù)荷限制水平為電流1.0 pu。

功率反送工況對(duì)應(yīng)過(guò)負(fù)荷限制水平為0.5 pu。

2 控保系統(tǒng)功率回降實(shí)現(xiàn)方式

功率回降在極控保護(hù)系統(tǒng)PCP中實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)途徑為兩種，一是直接更新功率指令；二是限制電流指令上限值。如圖1所示。

2.1 直接更新功率指令方式

該方式直接在“功率指令升降、暫停、更新”模塊直接將功率指令更新為目標(biāo)值，無(wú)功控制功率回降、功率調(diào)制功能通過(guò)該方式實(shí)現(xiàn)功率回降。

2.2 限制電流值上限值

該方式通過(guò)取保護(hù)請(qǐng)求功率回降、保護(hù)請(qǐng)求極平衡、過(guò)負(fù)荷水平限制、運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制各種情況電流限值的最小值作為電流指令的上限值，限制電流指令大小。

圖1 控保系統(tǒng)功率回降實(shí)現(xiàn)方法

其中，部分工況亦會(huì)將功率指令更新為目標(biāo)值，以防止工況改變時(shí)功率回升。

1）當(dāng)保護(hù)請(qǐng)求功率回降和極平衡命令返回時(shí)，會(huì)將功率指令更新為回降后的功率值。

2）過(guò)負(fù)荷水平限制中當(dāng)只有一極運(yùn)行短期過(guò)負(fù)荷不可用持續(xù)120 s后，會(huì)將功率指令值更新為限制后的功率值。

3）運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制中，當(dāng)降壓時(shí)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷在恢復(fù)至全壓模式時(shí)將功率指令更新為限制后的功率值；當(dāng)接地極連接時(shí)出現(xiàn)電流限制，將功率指令更新為限制后的功率值。

3 運(yùn)行操作注意事項(xiàng)

3.1 無(wú)功控制功能引起功率回降注意事項(xiàng)

無(wú)功控制功能引起功率回降，多發(fā)生于大組濾波器跳閘、濾波器故障等情況：部分濾波器檢修時(shí)，需準(zhǔn)確核實(shí)可用濾波器所能支撐的功率水平；在出現(xiàn)無(wú)功控制方式為手動(dòng)控制模式 （例如出現(xiàn)濾波器頻繁投切控制方式轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制）時(shí)，運(yùn)行人員需要對(duì)照絕對(duì)最小濾波器配置表、最小濾波器配置表、無(wú)功交換量等決定投入濾波器組數(shù)。

3.2 保護(hù)請(qǐng)求功率回降注意事項(xiàng)

保護(hù)功率回降，主要是在設(shè)備故障或異常時(shí)保護(hù)相關(guān)設(shè)備。當(dāng)直流開(kāi)關(guān)雙端口均正常時(shí)雙斷口承受電流總能力為1.76 pu，不會(huì)出現(xiàn)功率回降；接地極引線均正常時(shí)承受電流總能力為1.2 pu，不會(huì)功率回降；3 s過(guò)負(fù)荷和2 h過(guò)負(fù)荷水平限制功能正常動(dòng)作時(shí)及換流器無(wú)故障時(shí)，換流器過(guò)流保護(hù)不會(huì)功率回降。

在出現(xiàn)直流開(kāi)關(guān)單斷口故障繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，要注意直流功率設(shè)置值不得大于開(kāi)關(guān)單端口的承受能力。

單極運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)接地極引線過(guò)負(fù)荷保護(hù)請(qǐng)求功率回降，表明接地極引線出現(xiàn)斷線或者接地故障，也可能是相關(guān)電流互感器故障造成。

3.3 保護(hù)請(qǐng)求極平衡注意事項(xiàng)

雙極平衡運(yùn)行時(shí)，中性區(qū)域發(fā)生接地故障雙極中性母線差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。雙極中性母線差動(dòng)保護(hù)和接地極引線相關(guān)保護(hù)請(qǐng)求極平衡時(shí)，表明雙極中性母線區(qū)域或者接地極引線區(qū)域發(fā)生故障。執(zhí)行極平衡操作目的是使雙極平衡運(yùn)行減小入地電流，減小故障電流，繼續(xù)運(yùn)行。

執(zhí)行極平衡后，保護(hù)雖然復(fù)歸，但故障可能仍未消除，若轉(zhuǎn)為單極功率控制可能會(huì)造成功率回降或者閉鎖。

接地極引線要關(guān)注接地極線阻抗監(jiān)視告警。雙極平衡運(yùn)行時(shí)，接地極引線故障無(wú)法反映，要依靠接地極引線阻抗監(jiān)視功能［5］。若在雙極平衡運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)接地極阻抗監(jiān)視報(bào)警，需引起足夠重視，以防為接地極線路故障，單極閉鎖后導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作閉鎖運(yùn)行極。

3.4 過(guò)負(fù)荷能力限制及運(yùn)行工況過(guò)負(fù)荷限制功率回降注意事項(xiàng)

運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換前應(yīng)關(guān)注當(dāng)前運(yùn)行功率是否會(huì)引起過(guò)負(fù)荷，例如全壓轉(zhuǎn)降壓，退出閥組等操作。

大部分過(guò)負(fù)荷能力限制功率回降只對(duì)電流進(jìn)行限制而不更新功率指令，在限制消失時(shí)可能會(huì)造成功率回升，應(yīng)及時(shí)在后臺(tái)更新功率指令。例如手動(dòng)或保護(hù)退出閥組后造成其他閥組過(guò)負(fù)荷時(shí)，若不更新功率指令，當(dāng)閥組再次投入時(shí)會(huì)造成功率恢復(fù)到退出閥組前。

4 結(jié)語(yǔ)

本文梳理了特高壓直流輸電工程無(wú)功控制、功率調(diào)制、保護(hù)動(dòng)作、過(guò)負(fù)荷限制等引發(fā)功率回降的因素，并寫(xiě)明了控制保護(hù)系統(tǒng)執(zhí)行功率回降的策略。指出在換流站運(yùn)維操作過(guò)程中，需從濾波器需求情況、設(shè)備運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換過(guò)程、直流運(yùn)行功率水平、相關(guān)異常報(bào)警等方面提高警惕，防范發(fā)生功率回降，維持直流輸電系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。