溪洛渡直流工程功率波動原因分析

【摘要】針對興安直流單極大地回線方式運行期間，牛從直流出現直流功率波動的異常情況，基于換相失敗預測控制功能和直流偏磁的特征，結合對事件過程和錄波的分析，探討多回直流并列運行時通過直流偏磁和換相失敗預測控制功能相互之間影響的機理，為進一步解決通過此種途徑引發的直流功率波動問題指明方向。

【關鍵詞】直流功率波動;換相失敗預測控制;直流偏磁

1.引言

溪洛渡右岸電站送電廣東±500kV同塔雙回直流輸電工程（又稱作牛從直流工程）是世界上首個同塔雙回、雙回換流站同址建設的直流輸電工程。

2014年07月19日，興安直流極1直流線路故障降壓重啟不成功閉鎖，極2單極大地回線方式繼續運行期間，牛從直流四極出現換流變飽和告警、直流電壓、直流電流及直流功率波動的異常情況。

目前，南方電網已形成“八交六直”共十四條西電東送大通道，多回直流并列運行饋入受端廣東電網，多回直流相互影響問題對于南方電網的穩定性至關重要。

本文通過對牛從直流換相失敗預測控制功能進行分析，結合換流變直流偏磁特征，探討興安直流單極大地回線運行方式造成牛從直流功率波動的機理。

2.事件過程

2014年07月19日09：13，興安直流極1直流線路故障，降壓重啟不成功后閉鎖，極2隨即轉為單極大地回線方式繼續運行，極2直流功率為1200MW，直流電壓-500kV，直流電流2400A，接地極電流2400A。同時牛從直流從西換流站出現交流濾波器保護失諧報警和換流變飽和報警，直流電壓、電流、功率開始周期性波動。

09：31興安直流極1以+400kV降壓模式強送成功，牛從直流從西換流站交流濾波器保護失諧報警和換流變飽和報警均消失，直流電壓、電流、功率也恢復穩定。

在此過程中牛從直流雙回四極直流電壓由正常值465kV最低降至380kV，直流電流波動由正常值3200A最高升至3800A，并被過負荷限制器限制。直流總功率也由正常值5930MW最低降至5717MW，整個過程直流功率損失最高達約200MW。

3.換相失敗預測控制功能分析

直流逆變器換相失敗是直流輸電系統的典型問題之一。常規直流輸電系統換流器采用晶閘管閥，當交流系統故障后將引起直流逆變站換流母線電壓波動，易造成這類逆變器的換相失敗。[1]

溪洛渡直流采用換相失敗預測控制防止換相失敗的發生，通過零序檢測法和交流電壓轉換來檢測交流系統故障，增大熄弧角并采用逆變側最小換相裕度控制提高換相裕度，減少換相失敗的概率，提高運行可靠性。

換相失敗預測控制的輸入為交流電壓， 輸出為對最小換相裕度AMIN控制和最大換相裕度AMAX控制的角度增大值。如果檢測到交流故障，則增大AMIN參考值提前點火，防止換相失敗發生，同時送給AMAX控制，減小點火角的最大限幅值。[2]

4.功率波動原因分析

觀察牛從直流發生直流功率波動時刻的極控系統錄波，可以發現交流系統電壓有效值持續周期性波動并緩慢下降，導致極控系統換相失敗預測控制功能啟動，于是極控系統觸發角隨著換相失敗預測控制輸出的變化而持續波動并緩慢減小，以防止換相失敗發生。極控系統觸發角持續波動并減小造成直流電壓持續波動并降低，同時由于牛從直流處于雙回雙極功率模式，為維持功率指令，直流電流也跟著波動并上升，直至到達負荷限制器限制值。直流電壓和直流功率同時振蕩最終導致實際直流功率波動并下降。

通過比較功率波動前后交流系統電壓零序分量和傅立葉分析結果，發現直流功率波動時刻交流系統電壓零序分量明顯增大，峰值高達60kV，引起換相失敗預測控制功能動作，最終導致直流功率波動。交流系統電壓諧波分量也明顯增大，3次諧波分量幅值高達14kV，所占比重也高達3.5%，導致出現交流濾波器保護失諧報警和換流變飽和報警。當交流系統電壓零序分量和諧波分量隨著興安直流恢復雙極平衡運行后逐漸恢復正常后，交流濾波器保護失諧和換流變飽和報警也隨著消失，換相失敗預測控制功能動作返回，直流功率恢復穩定。

交流電壓周期性波動、零序分量和諧波分量增大正是直流偏磁造成換流變周期性飽和的典型特征。[3-4]因而，可以斷定引起本次牛從直流功率波動的原因為：興安直流極1單極閉鎖，其極2單極大地運行產生的地電流（高達2400A）引起從西換流站換流變直流偏磁和交流系統電壓畸變，交流電壓中的零序分量引起直流極控系統換相失敗預測控制功能動作，導致觸發角波動，從而造成直流電壓和直流電流及直流功率的波動;興安直流極1解鎖后，地電流消失，從西換流站換流變飽和和交流電壓畸變消失，直流極控系統換相失敗預測控制功能動作返回，直流功率恢復穩定。

5.結語

隨著南方電網西電東送大通道直流輸電工程的增多，多回直流并列運行彼此之間相互影響也越來越突出，由此引發的南方電網的穩定性問題也日趨重要。

本文通過對興安直流單極大地回線運行方式造成牛從直流功率波動事件的過程、換相失敗預測控制功能及換流變直流偏磁典型特征的分析，探討了興安直流單極大地回線運行方式造成牛從直流功率波動的機理，為進一步解決牛從直流功率波動問題指明了方向。

參考文獻

[1]浙江大學直流輸電科研組.直流輸電[M].北京：水利電力出版社，1985.

[2]王學之，周全，國建寶.南方電網直流換相失敗機理及判別方法[J].南方電網技術，2013，7（6）：44-47.

[3]朱林，韋晨，余洋.±單相變壓器的直流偏磁勵磁電流問題及其對保護的影響分析[J].電力系統保護與控制，2010，38（24）：

158-163.

作者簡介：陳浩（1986—），男，河南人，工學學士，助理工程師。