扎鲁特换流站无功控制策略及其逻辑优化赵强

赵强

摘要：无功控制功能是特高压直流输电工程设计的重要组成部分，目的是满足换流站的直流系统无功需求、滤除交流侧谐波、保持交流侧母线电压稳定的要求。本文详细分析了扎鲁特-青州特高压直流工程中无功控制的配置策略，并针对无功控制功率回降逻辑存在的不匹配问题，提出了改进措施，对特高压直流工程的无功控制策略设计及现场运维有借鉴和参考价值。

关键词：特高压直流；直流输电；无功控制；功率回降

1概述

高压直流输电系统在运行时要消耗大量的无功功率，随着运行方式和直流输送功率的增大或减小而发生变化。同时，换流器运行时产生的各次谐波还会对交流系统造成污染。通常在额定负荷运行时，换流器所消耗的无功功率可达到额定输送功率的40%~60%，当低负荷运行时，换流站消耗的无功功率又急剧减小。若补偿的无功功率不变，则换流站过剩的无功功率将注入其所连接的交流系统，引起换流站交流母线电压升高。直流输电控制系统一般配置无功控制功能来实时有效地投切滤波器，以实现以下目的：

（1）满足换流器消耗无功需要，使直流系统与交流系统交换的无功在允许范围内；

（2）满足谐波滤波要求，使直流系统注入交流的谐波在允许范围内；

（3）控制交流电压在正常范围内。

2扎鲁特换流站无功控制功能

常规直流输电系统（±500kV）无功控制一般有5个子功能，每个子功能按照预先设定的优先级和判据条件实现其特定的控制功能。某个子功能发出的投切指令必须在与更高优先级的子功能的控制要求不产生冲突时才能被有效执行。通过各个子功能的有机配合，达到优化的控制效果，并满足系统运行的基本滤波要求、交流电压和无功交换限制等边界条件。其功能概况如图1所示。扎鲁特换流站无功控制在常规直流5个优先级的功能的基础上加入了交流过电压限制功能，该功能具有最高的优先级。各个功能优先级功能策略如表1所示。

扎鲁特无功控制各个子功能如下：

Overvoltagecontrol：交流过电压控制，避免交流过压从而快速切除滤波器。

AbsMinFilter：绝对最小滤波器组数，为了防止滤波设备过负荷所需投入的绝对最小滤波器组数。

U_Max/U_Min：交流母线电压限制监视交流母线的稳态电压，避免稳态过电压引起保护动作。

Q_Max：最大无功交换限制，根据当前运行状况，限制投入滤波器组的数量，限制稳态过电压。

MinFilter：最小滤波器容量要求，为满足滤除谐波的要求需投入的最小滤波器组。

Q_Control/U_Control：定无功控制/定电压控制，用于控制与交流系统的无功交换量或交流母线电压在一定范围内，根据设定的无功交换量或交流母线电压范围的情况来决定交流滤波器和并联电容器投入数量。

除上述6个子功能外，直流输电系统还配置辅助无功控制：QPC和Gammakick。QPC通过增大点火角/熄弧角来增大换流站对无功的消耗，避免换流站与交流系统的无功交换量超过限制值。Gammakick通过在投/切滤波器组时瞬间增大/减小alpha/gamma角，使得电压变化率减小到设计要求的范围以内。辅助无功控制功能在直流系统正常运行时运用较少。

3绝对最小滤波器功率回降异常分析

2017年2月扎青直流DPT双极全压大地回线1.0pu绝对最小滤波器替换试验。替换第四大组HP3不可用时，绝对最小8组，不满足应功率回降，功率回降至9950MW后又升至10000MW，来回交替。

当10000MW功率运行时，滤波器组数9组，满足绝对最小滤波器组数。功率回降功能预设功率不起作用。预设功率值为实际值与绝对最小功率进行比较，若实际功率超过绝对最小功率则输出功率回降限值的预设值选择。预设值再经过50MW的功率死区做为功率回降的最终目标值。正是由于两个死区值相同，试验时功率调制又比较稳定，未有超调出现，从而导致功率回降至9550MW时，系统达到稳定。而此时由于两个死区均为50MW，功率回降预设值未被刷新，此时功率回降不再起作用，因此功率开始攀升至10000MW。如此交替，产生功率波动。

4措施及建议

针对上述功率死区定值重叠导致功率波动的现象，建议将两处重叠死区进行合理修改，避免功率波动。

绝对最小滤波器组数是直流系统正常运行最基本的要求。近年随着直流输电运维管理的大步提升，运维人员技能及责任心大大增强，实际运行中涉及到仅剩绝对最小滤波器组运行的工况已不多见，但仍不能保证特殊工况下出现绝对最小滤波器不满足导致功率回降的情况出现（如大组滤波器故障检修等）。因此，更加完善的控制保护系统仍是直流输电稳定运行的有力保障。

5结论

无功控制是直流输电系统的重要组成部分，本文对±800kV扎鲁特换流站的无功控制策略进行了详细说明，对现场运维人员有参考作用，并针对绝对最小滤波器不满足功率回降逻辑问题进行，指出存在缺陷，并提出了无功控制逻辑的优化，不仅对±800kV扎青直流输电工程的安全运行有着重要作用，同时也对其他特高压直流输电工程的无功控制功能起着启发与借鉴的作用。

参考文献

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[4]许继集团有限公司.XJGC•HVDC/ZQ/ED4.DSC.SW控制保护系统设计规范-直流站控系统.2016.

作者简介：

赵强(1985.06-),男(汉族),内蒙古自治区通辽市,单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，职称：工程师；研究方向：特高压直流输电。