劉 坤，陳茜茜

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司 檢修分公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

隨著特高壓的快速發(fā)展，直流輸電的優(yōu)勢(shì)被廣泛認(rèn)可，加快發(fā)展特高壓直流輸電成為了趨勢(shì)。相對(duì)于交流輸電，直流輸電具有輸送距離遠(yuǎn)、線路損耗小以及經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。同時(shí)，由于換流器運(yùn)行過(guò)程中需要消耗大量無(wú)功，因此制定并執(zhí)行合理的無(wú)功控制策略對(duì)換流站的平穩(wěn)運(yùn)行意義重大[3,4]。

1 特高壓換流站無(wú)功需求必要性分析

換流站在運(yùn)行過(guò)程中，由于觸發(fā)角會(huì)不斷變化，換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，從而換流器相對(duì)于大電網(wǎng)等效于非線性負(fù)載，因此會(huì)消耗大量無(wú)功[5,6]。如果無(wú)功需求沒(méi)有得到響應(yīng)，那么交流系統(tǒng)電壓將會(huì)快速下降，控制不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致連續(xù)換相失敗，甚至閉鎖，從而給直流輸電的安全性埋下隱患。

特高壓換流站無(wú)功控制策略對(duì)換流站的正常運(yùn)行意義重大。通過(guò)無(wú)功控制策略，特高壓換流站和交流電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)功交換，達(dá)到控制交流母線電壓、濾除諧波以及無(wú)功平衡的作用[7,8]。目前，特高壓無(wú)功控制主要通過(guò)投切濾波器和投切并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)，直流輸電工程運(yùn)行工況及輸送功率達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，控制系統(tǒng)投切無(wú)功補(bǔ)償裝置，確保系統(tǒng)無(wú)功功率滿足工程正常運(yùn)行要求[9,10]。

2 特高壓換流站無(wú)功策略

無(wú)功控制采用多個(gè)策略，各策略優(yōu)先級(jí)不盡相同，以某采用分層接入技術(shù)的特高壓換流站舉例分析。

2.1 無(wú)功控制策略

2.1.1 交流過(guò)電壓控制

該控制策略根據(jù)換流站所處大電網(wǎng)的具體情況，設(shè)定交流電壓定值，當(dāng)換流站穩(wěn)態(tài)電壓分別超過(guò)1.1 p.u、1.2 p.u以及1.3 p.u時(shí)，應(yīng)采用不同的延時(shí)和邏輯切除濾波器，確保換流站穩(wěn)態(tài)電壓處于合理范圍內(nèi)。該換流站500 kV側(cè)取交流電壓基準(zhǔn)值為520 kV，1 000 kV側(cè)取交流電壓基準(zhǔn)值為1 050 kV。

2.1.2 絕對(duì)最小濾波器

投入的濾波器數(shù)量和直流輸電功率及運(yùn)行工況相關(guān)，該控制策略根據(jù)設(shè)備額定值投入濾波器，確保無(wú)功濾波器數(shù)量滿足當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行方式要求。

2.1.3 最大最小交流電壓控制

該控制邏輯通過(guò)監(jiān)視交流母線電壓，確保母線電壓不越限，避免保護(hù)誤動(dòng)作。如表1所示，該換流站交流母線電壓超過(guò)530/1 100 kV時(shí)，控制策略將切除濾波器，避免交流母線電壓超過(guò)定值；當(dāng)交流母線電壓低于500/1 000 kV時(shí)，控制策略將投入濾波器組，避免母線電壓低于定值；當(dāng)交流母線電壓超過(guò)524/1 080 kV，尚未達(dá)到530/1 100 kV時(shí)，該控制策略將禁止交流濾波器投入，防止交流母線電壓進(jìn)一步抬升；當(dāng)交流母線電壓低于508/1 015 kV，尚未低于500/1 000 kV時(shí)，該控制策略將禁止切除濾波器，避免交流母線電壓進(jìn)一步下降。

表1 交流電壓控制表

2.1.4 無(wú)功限制

監(jiān)視換流站無(wú)功，控制濾波器/并聯(lián)電容器投切的數(shù)量，確保無(wú)功功率滿足直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行工況的要求。

2.1.5 最小濾波器

該控制策略主要控制直流輸電系統(tǒng)里面的諧波，通過(guò)控制策略確定投入濾波器的數(shù)量及類型。該控制策略的基本邏輯如下，當(dāng)交流濾波器不能滿足濾除諧波的要求時(shí)，控制邏輯將下發(fā)命令投入更多的交流濾波器，但該控制邏輯只會(huì)下發(fā)投入交流濾波器命令，不會(huì)下發(fā)切除交流濾波器命令。

2.1.6 無(wú)功功率控制/交流電壓控制

無(wú)功功率控制模式用于實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)和換流站的無(wú)功交換，使電網(wǎng)和換流站的無(wú)功交換值盡量接近預(yù)先設(shè)定值。為避免濾波器的反復(fù)投切，控制策略將設(shè)置一個(gè)死區(qū)值，在死區(qū)值內(nèi)，濾波器不進(jìn)行投切。該換流站500 kV無(wú)功控制死區(qū)值是190 Mvar，1 000 kV無(wú)功控制死區(qū)值是280 Mvar。投切邏輯如下，500 kV側(cè)Q＞Qref+190 Mvar，Q＜Qref-190 Mvar；1 000 kV側(cè)Q＞Qref+280 Mvar，Q＜Qref-280 Mvar。

交流電壓控制用于控制換流站交流母線電壓盡量接近預(yù)先設(shè)定的交流母線電壓。同理，為了避免濾波器組的反復(fù)投切，控制策略將設(shè)置一個(gè)死區(qū)值，在死區(qū)值內(nèi)，濾波器不進(jìn)行投切。某換流站500 kV交流電壓控制死區(qū)值是5 kV，1 000 kV交流電壓控制死區(qū)值是10 kV。投切邏輯如下，500 kV側(cè)U＞Uref+5 kV，U＜Uref-5 kV；1 000 kV側(cè)U＞Uref+10 kV，U＜Uref-10 kV。

2.2 無(wú)功控制優(yōu)先級(jí)

該站無(wú)功控制包含6個(gè)優(yōu)先級(jí)，按優(yōu)先級(jí)別執(zhí)行邏輯，如圖1所示。

圖1 無(wú)功優(yōu)先級(jí)

無(wú)功控制策略中，交流過(guò)電壓控制優(yōu)先級(jí)最高，隨后依次為絕對(duì)最小濾波器控制、最大最小交流電壓控制、最大無(wú)功功率控制、最小濾波器控制、無(wú)功功率控制以及交流電壓控制，執(zhí)行投切交流濾波器組的操作時(shí)需根據(jù)各功能的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行。

3 案例分析

3.1 工程參數(shù)

某換流站采用分層接入技術(shù)，高端接入500 kV電網(wǎng)，低端接入1 000 kV電網(wǎng)，兩者無(wú)功控制策略相同。該換流器所處的500 kV交流電網(wǎng)在500～530 kV浮動(dòng)，換流站無(wú)功配置如表2所示。

表2 容性無(wú)功配置方案

3.2 故障異常及處理

2020年11月29日04時(shí)21分該換流站輸送功率為2 044 MW，OWS后臺(tái)報(bào)56511刀閘，合位消失，從（A）系統(tǒng)報(bào)500 kV Q控投入濾波器，未有濾波器投入。對(duì)該部分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)換流站出現(xiàn)了反復(fù)禁切和禁投現(xiàn)象，給電路帶來(lái)了安全隱患。為了排除隱患，檢查換流站發(fā)現(xiàn)存在接線頭松動(dòng)的現(xiàn)象，松動(dòng)位置在56511隔離開關(guān)B相操作箱X2:4端口。對(duì)故障進(jìn)行處理，采用螺絲刀緊固，報(bào)警復(fù)歸。

3.3 隱患分析

過(guò)電壓禁切邏輯如圖2所示，濾波器現(xiàn)場(chǎng)由于端子接線出現(xiàn)松動(dòng)，從（A）系統(tǒng)合閘位置丟失，根據(jù)無(wú)功控制策略，從（A）系統(tǒng)發(fā)出Q控投入濾波器信號(hào)。由于A系統(tǒng)為從系統(tǒng)，且主（B）未發(fā)出相同信號(hào)，因此Q控投入濾波器命令未執(zhí)行。

圖2 過(guò)電壓禁切邏輯

通過(guò)分析投切表和邏輯圖，該站無(wú)功控制邏輯存在隱患。結(jié)合上述故障進(jìn)行排查和分析，若出現(xiàn)500 kV交流電網(wǎng)電壓高于524 kV或主系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)端子松動(dòng)，合位信號(hào)消失等現(xiàn)象，則Q控投入濾波器命令將會(huì)下達(dá)。由于500 kV交流電網(wǎng)電壓高于524 kV，Q控投入濾波器命令無(wú)法執(zhí)行，根據(jù)控制策略，濾波器條件不滿足，因此直流輸電系統(tǒng)將下達(dá)降低功率命令。

3.4 策略優(yōu)化

在發(fā)現(xiàn)隱患后，對(duì)邏輯進(jìn)行分析并采取針對(duì)性措施，避免直流降功率運(yùn)行。在邏輯中取消禁投濾波器邏輯，如圖3所示，按照工程設(shè)計(jì)要求，確保絕對(duì)最小濾波器功能優(yōu)先于交流母線電壓限制。

圖3 修改后的過(guò)電壓禁切邏輯

根據(jù)該換流站所處的實(shí)際大電網(wǎng)電壓，修改無(wú)功電壓控制策略中電壓控制要求，避免交流母線電壓限制接近實(shí)際運(yùn)行電壓的情況。優(yōu)化后的交流電壓控制表如表3所示。由表3可知，系統(tǒng)優(yōu)化后，必切小幅度電壓增大，有利于換流站的無(wú)功控制。

表3 優(yōu)化后的交流電壓控制表

4 結(jié) 論

特高壓直流輸電快速發(fā)展的今天，對(duì)特高壓直流工程無(wú)功控制策略進(jìn)行研究意義重大，在本文中，以一換流站為例介紹了無(wú)功控制功能以及各功能的優(yōu)先級(jí)，并結(jié)合具體的案例分析了無(wú)功控制過(guò)程中存在的隱患以及具體的應(yīng)對(duì)措施，為后續(xù)特高壓工程的無(wú)功策略設(shè)計(jì)提供了思路。