特高壓直流輸電工程無功控制分析1

1、 特高壓直流輸電工程無功控制分析 摘要：目前，現(xiàn)代化建設(shè)的迅速，電力發(fā)展也日新月異。能源賦存與負(fù)荷分布的不平衡決定了遠(yuǎn)距離大容量輸電成為我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展和滿足電力需求的必然選擇，而高壓直流(highvoltagedirectcur-rent，hvdc)輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸電中具有明顯優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：特高壓；直流輸電工程；無功控制分析引言特高壓直流輸電工程的直流站控是重要的控制設(shè)備，其主要功能是對(duì)換流站內(nèi)直流場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行控制與監(jiān)控和實(shí)現(xiàn)換流站的無功控制。直流站控的正常穩(wěn)定工作是特高壓直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。無功控制功能是直流站控的一部分，是特高壓直流輸電工程的重要組成部分，目的是保證直流系統(tǒng)的

2、無功需求，并減少諧波對(duì)交直流系統(tǒng)及主設(shè)備的危害，同時(shí)保持交流母線電壓的穩(wěn)定。無功控制功能的穩(wěn)定可靠，對(duì)特高壓直流輸電工程的可靠運(yùn)行有著重要意義。文中針對(duì)換流站的無功控制中電壓有效性選擇邏輯進(jìn)行分析，提出優(yōu)化的改進(jìn)措施，對(duì)特高壓直流輸電工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。1直流功率波動(dòng)運(yùn)行的無功功率問題1.1直流功率跟隨新能源調(diào)節(jié)為了使直流功率跟隨新能源變化，通常采用直流調(diào)制的方式，將新能源的出力作為輸入量，經(jīng)過濾波器傳輸至定功率控制環(huán)節(jié)，使直流功率的參考值與新能源出力相同，從而實(shí)現(xiàn)直流功率跟隨新能源調(diào)節(jié)的控制目標(biāo)。考慮到新能源功率變化范圍較大，直流調(diào)節(jié)過程中需要考慮多種約束因素，以防止引起嚴(yán)重的穩(wěn)

3、定性問題。其中，由于無功波動(dòng)會(huì)帶來電壓穩(wěn)定性問題和無功裝置頻繁動(dòng)作，所以無功功率問題將是限制直流調(diào)節(jié)容量的因素之一。1.2常規(guī)無功補(bǔ)償裝置無功功率在交流系統(tǒng)中流動(dòng)，會(huì)使交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性下降，所以換流器所需無功功率一般采用就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t。通過在交流側(cè)會(huì)配置多組無功濾波器和電容器，來滿足交流側(cè)的無功補(bǔ)償和交流濾波需求。由于無功裝置容量固定，在投切的過程中會(huì)引起系統(tǒng)中無功功率呈階梯狀波動(dòng)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。此類常規(guī)無功補(bǔ)償裝置一般采用機(jī)械式開關(guān)進(jìn)行投切，其動(dòng)作后需要一定的恢復(fù)時(shí)間，而動(dòng)作壽命受動(dòng)作次數(shù)影響較大。在傳統(tǒng)的分段式運(yùn)行方式下，無功補(bǔ)償裝置基本參照直流的日計(jì)劃曲線動(dòng)作，不會(huì)產(chǎn)

4、生頻繁動(dòng)作問題。但是在直流功率跟隨風(fēng)電功率靈活調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式下，由于風(fēng)電功率隨機(jī)性較大，容易引起無功補(bǔ)償裝置在日內(nèi)多次動(dòng)作，不僅會(huì)導(dǎo)致其開關(guān)壽命縮短，還會(huì)引起交流母線電壓穩(wěn)定性下降。不利于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，考慮利用具有連續(xù)無功調(diào)節(jié)能力的同步調(diào)相機(jī)來減少常規(guī)無功補(bǔ)償裝置的動(dòng)作次數(shù)。2特高壓直流無功控制功能特高壓直流輸電系統(tǒng)無功控制包括對(duì)無功、交流電壓以及濾波的控制。無功控制子功能按照預(yù)設(shè)優(yōu)先級(jí)和判據(jù)條件，在不發(fā)生沖突情況下實(shí)現(xiàn)其特定的控制功能，通過預(yù)定無功控制策略，實(shí)現(xiàn)各子功能之間的協(xié)調(diào)配合，達(dá)到優(yōu)化的控制效果。2.1交流過電壓控制換流站通過投切電容器組和交流濾波器組限制換流母線過電壓，盡可能減少過

5、電壓保護(hù)動(dòng)作次數(shù)。2.2絕對(duì)最小濾波器控制絕對(duì)最小濾波器控制(absminfilter)用來保證濾波器本身不過載，換流器解鎖后必須投入滿足絕對(duì)最小濾波器定值要求的濾波器分組。如果5s內(nèi)無新濾波器投入，絕對(duì)最小濾波器控制將會(huì)閉鎖換流器。2.3電壓取值邏輯的缺陷優(yōu)化直流站控系統(tǒng)根據(jù)交流電壓來實(shí)現(xiàn)u模式、q模式、交流母線極限電壓控制，該取值的交流電壓來自于交流濾波器大組的電壓，優(yōu)先取第4大組交流濾波器的電壓值。正常情況下4大組交流濾波器均帶電，優(yōu)先取第4大組交流濾波器的電壓值u4，此邏輯無問題。當(dāng)在換流站交流濾波器異常投入時(shí)，第1、2交流濾波器大組帶電，u1和u2正常，均為530kv，第3大組交流濾

6、波器為檢修，u3=0，因此，根據(jù)u4只要大于-15kv而小于545kv，則直流站控系統(tǒng)判定真實(shí)可靠，則將用于無功控制中作為電壓的取值。但是u4發(fā)生較大的跌落，只要大于-15kv，此邏輯仍然有效，這是直流站控系統(tǒng)中無功控制功能的電壓取值邏輯缺陷所在。換流站交流濾波器異常投入時(shí)，第4大組交流濾波器的實(shí)際電壓為530kv，但直流站控采集到的u4有誤且數(shù)值一直低于490kv，所以優(yōu)先級(jí)別高的交流母線極限電壓控制起作用，直流站控系統(tǒng)就會(huì)無延時(shí)的不斷發(fā)出投入交流濾波器小組的命令。因此，無功控制功能的電壓取值邏輯缺陷，是導(dǎo)致?lián)Q流站不斷投入交流濾波器小組的重要因素，也給特高壓直流輸電工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下了隱

7、患。2.4常規(guī)無功補(bǔ)償裝置的控制策略傳統(tǒng)無功裝置的控制策略，一般采取分級(jí)控制，優(yōu)先級(jí)由高到低依次為：絕對(duì)最小濾波器控制；最大交流電壓控制；最大無功功率控制；最小濾波器控制；無功交換控制/電壓控制進(jìn)行分級(jí)控制。由于直流系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不僅有無功問題，還會(huì)有基本的交流濾波需求問題，相應(yīng)的控制功能應(yīng)盡量避免受到同步調(diào)相機(jī)動(dòng)作的影響。所以上述控制中，同步調(diào)相機(jī)無功調(diào)節(jié)控制，需要與傳統(tǒng)無功裝置的第五級(jí)控制，即無功交換控制進(jìn)行配合。該控制環(huán)節(jié)一般通過限制換流母線與交流系統(tǒng)之間的無功功率交換，來防止無功功率在交流系統(tǒng)中流動(dòng)所引起的電壓穩(wěn)定性問題。加入同步調(diào)相機(jī)控制環(huán)節(jié)后，當(dāng)風(fēng)電功率變化頻繁，且幅度很大時(shí)，由于同步

8、調(diào)相機(jī)容量受限，仍然會(huì)引起常規(guī)無功裝置動(dòng)作。為了在這種不利情況下減少無功裝置，可以考慮進(jìn)一步增加同步調(diào)相機(jī)容量，或在無功裝置動(dòng)作次數(shù)過多時(shí)限制直流通道的有功功率調(diào)節(jié)范圍。如果考慮到直流送受端均能夠承擔(dān)一部分調(diào)峰壓力，直流通道不需要完全跟隨新能源出力的情況下，此時(shí)采取限制直流通道跟隨新能源波動(dòng)的調(diào)節(jié)容量是較為合理的。可以在原協(xié)調(diào)控制環(huán)節(jié)上加入一個(gè)控制環(huán)節(jié)，當(dāng)無功裝置動(dòng)作次數(shù)過多時(shí)，限制直流跟隨新能源波動(dòng)的調(diào)節(jié)范圍。此時(shí)有功功率的變化幅度減小，同步調(diào)相機(jī)容量基本能夠滿足無功補(bǔ)償需要，進(jìn)一步減少常規(guī)無功裝置的動(dòng)作次數(shù)。結(jié)語在特高壓直流輸電工程現(xiàn)有無功控制研究成果的基礎(chǔ)上，特高壓直流輸電工程，分析特高壓換流站無功消耗，容性、感性無功配置方案，以及特高壓換流站無功控制功能和策略。特高壓直流輸電工程基于特高壓和lcchvdc輸電技術(shù)，特高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要吸收大量無功功率，同時(shí)直流系統(tǒng)向交流電網(wǎng)注入大量諧波。因此特高壓換流站內(nèi)需根據(jù)其無功消耗量配置相應(yīng)數(shù)量的交流濾波器、并聯(lián)電容器和低壓電抗器。特高壓直流無功控制功能包括交流過電壓控制、absminfilter控制、umax/min控制、qmax控制、minfilter控制、qcon/ucon控制及換流站低壓電抗器控制，無功控制按照相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)邏輯，制定對(duì)應(yīng)的無功控制策略，實(shí)現(xiàn)各子功能間的