交流过电压控制策略的原理及控制逻辑分析研究

交流过电压控制策略的原理及控制逻辑分析研究

李智威

国网山西省电力公司超高压变电分公司 山西太原  030032

摘要：文中以酒泉—湖南±800kV特高压直流输电工程为例，对其交流过电压控制策略的原理以及控制逻辑进行分析研究，并结合RTDS系统仿真试验验证了该控制策略的正确性及可行性。文中的分析结果对该工程的后续建设及研究具有一定的技术支撑及参考意义。

关键词：特高压直流输电系统；无功功率控制；交流母线电压；交流过电压控制

电力设备中电力谐波的产生是无法百分之百完全避免的，之所以会发生电力谐波，很大一部分是由于电源部分出现了异常问题导致的。电源质量较差时会导致电力谐波的产生，除此之外，在电力设备晶体闸管整流设备中，也可能发生电力谐波。输电系统中变压器的实际运行和使用过程，也是电力谐波产生的一大环节。谐波的大小会在负载过程中随着电容的变化而发生改变，通常情况下，电容的大小改变会使谐波的大小按照正比关系发生一定程度的变化。针对电力谐波的研究，在传统的理论中认为电力谐波是变压器产生的，近些年来我国的社会条件不断改变，用电设备使用量增加，用电设备性能也发生了改变，因此和变压器产生的电力谐波量相比，电力设备产生的电力谐波量更高，提高了电力谐波的组合形式复杂性，导致电力谐波所带来的影响更加明显，增加了电力计量工作的难度，为了保证电能计量工作的准确性，必须要从多方面考虑优化电能计量工作，带来了对电能计量工作的严峻挑战。

1. 无功功率控制(RPC)功能

特高压直流输电系统在传输有功功率的同时，换流器在换相过程中也将消耗大量的无功功率，其消耗总量约为直流系统传输容量的40%~60%。无功功率的变化又将直接影响换流站交流系统电压稳定，因此换流站均配备了大量的无功补偿设备。但当直流系统传输功率减小时，换流器相应消耗的无功功率也将减小，若此时投入系统的无功功率依然不变，将会导致部分未能消耗的无功功率由换流站注入其所连接的交流电网系统，从而引起站内交流母线电压的迅速升高，因此对无功补偿设备的投退进行控制是十分必要的。

无功功率控制(RPC)的主要控制对象是全站的交流滤波器、低压电抗器，其主要目的是根据当前直流的运行模式和工况计算全站的无功消耗，通过控制所有无功设备的投切，保证全站与交流系统的无功交换在允许范围之内或者交流母线电压在安全运行范围之内。同时，交流滤波器设备的安全和对交流系统的谐波影响也是无功控制必须实现的功能。另外，RPC功能需要根据直流系统不同运行方式下换流站的无功交换量或交流母线电压值判断是否进行滤波器投切，并根据控制优先级排序，决定投切滤波器的组数及类型。其控制优先级顺序及功能见表1。

表1中6项无功控制子功能按照优先级依次排列，其中优先级1为最高优先级，优先级6为最低优先级；酒泉站共配备了4组HP11/13型滤波器(A类型滤波器)、4组HP24/36型滤波器(B类型滤波器)、3组HP3型滤波器(C类型滤波器)以及5组SC并联电容器(D类型滤波器)；湘潭站共配备了8组HP12/24型滤波器(A类型滤波器)、2组HP3型滤波器(B类型滤波器)以及9组SC并联电容器(C类型滤波器)。

2. 交流过电压控制(VOC)策略

不同于常规直流换流站，特高压换流站在配备了绝对最小滤波器、最高/最低电压限制、最小滤波器以及Q控/U控之外还配备了位于最高优先级层的交流过电压控制功能，进一步保障换流站交流母线电压的稳定运行。酒—湖直流工程交流电压参数表见表2。控制策略主要是当换流站交流母线稳态电压达到参考值时，快速切除交流滤波器降低交流母线电压，直至切除到绝对最小滤波器需求组数。

以湘潭站为例，其动作切除过程可分为两个阶段：①当前投入的滤波器中，只要有任意一种类型数量大于当前功率下绝对最小滤波器(ABS_MIN)需求的数量，则系统发绝对最小滤波器允许切除滤波器指令。在当前滤波器组数减去ABS_MIN需求大于4组时，则按照逻辑每次切除4组滤波器，依次优先切除SC电容器、HP3滤波器最后再切除HP12/24滤波器，否则只切除至当前功率下绝对最小滤波器需求组数；②一旦切除至当前功率下绝对最小滤波器要求的数量，若此时交流母线仍处于过电压情况，则不考虑当前功率绝对最小滤波器需求，一直进行第1阶段的滤波器切除逻辑，直到系统滤波器组数维持当前运行方式下系统最小功率运行的绝对最小滤波器。上述滤波器切除过程中一旦交流母线电压恢复到正常运行区间时，则交流过电压控制功能将被立刻闭锁，不再切除交流滤波器组。

3. RTDS仿真试验数据分析

该节利用RTDS仿真系统对酒泉—湖南±800kV特高压直流输电工程两端换流站内交流过电压控制动作逻辑进行仿真试验及功能核对。系统相关参数：系统采用双极全压平衡方式运行，额定容量为8000MW，直流线路额定电压为800kV，直流线路额定电流为10kA，交流系统母线电压整流站为750kV(1.0p.u.)，逆变站为525kV(1.0p.u.)，交流母线最高稳态运行电压整流站为800kV、逆变站为550kV，整流站定α角控制，逆变站采用定γ角控制方式运行，无功功率控制方式两站均为自动方式。

将整流侧交流电压设置为1000kV后，整流站每隔250ms左右切除一次交流滤波器，继而达到双极平衡运行方式最小功率下的绝对最小滤波器后不再继续切除：在第三次切除相应滤波器组后由于当前滤波器组已不满足8000MW功率下的绝对最小滤波器要求，30s后系统开始回降功率直至907MW。

当逆变侧交流电压设置为670kV后，逆变站每隔250ms左右切除一次交流滤波器，继而达到比极平衡运行方式最小功率下的绝对最小滤波器后不再继续切除，同样由于绝对最小滤波器动作策略导致系统功率回降至1524MW，期间交流过电压控制动作正常。

结 语：

通过对±800kV酒湖工程中无功功率控制功能实际所配置的交流过电压控制功能进行了软件逻辑分析，对交流过电压控制功能的各段控制策略及动作结果进行了总结；并利用RTDS仿真验证了交流过电压控制功能对于换流站交流母线过电压控制有着显著的效果，能够根据直流运行工况正确选择切除逻辑，进一步保证交流母线电压的稳定，有效缓解交流系统电压对于直流系统的影响。该研究为日后对特高压工程换流站的无功功率及其相关运维检修工作的研究及探讨提供了参考。

参考文献：

[1]刘源，黄晨，刘亚楠.特高压直流输电系统交流过电压控制动作策略分析研究[J].高压电器，2018.

[2]郝文斌，张振华，单浩东，张楷.受端分层接入的特高压直流系统无功控制策略分析[J].山东电力技术，2019.

[3]黄永瑞，姚为正，张建，等.±800kV特高压直流输电换流站无功功率研究[J].电工技术，2012(7)：16-17.