廣州換流站交流濾波器投退順序異常分析及改進措施

鄭 權，胡輝祥，林啟奮，趙 明

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510663）

1 廣州站無功控制概述

廣州站的無功功率控制有兩種模式：自動模式和手動模式。無功控制功能有四種控制方式，即Umax（電壓控制）、Abs Min Filter（絕對最小濾波器）、Min Filter（最小濾波器）、Q control（無功控制）。無功控制功能最重要的部分為小組交流濾波器的投退控制，由直流站控制。正常運行情況下處在自動模式運行，嚴禁改為手動模式。當無功功率控制設定為自動模式時，小組交流濾波器可以選擇自動控制和手動控制。當選擇為自動控制時，小組交流濾波器由系統運行工況（母線電壓、諧波含量、無功等）投退；當選擇為手動控制時，小組交流濾波器可以由運行人員決定其投退，在該方式下，如果該小組交流濾波器未投入運行，無功功率控制就認為該小組不可用，從而可能引起直流限負荷。正常情況下，小組交流濾波器選擇自動控制運行，但在某小組交流濾波器檢修時可選擇手動控制進行操作。

2 廣州站交流濾波器投退控制

2.1 廣州站交流濾波器配置

廣州換流站共有11個小組交流濾波器，分為三大組，分別連接在交流220 kV＃6、＃7、＃8母線上。雙調諧濾波器有6組，其中4組12／24次（A型）、2組3／36次（B型）；單調諧濾波器有5組，其中1組36次（C1型）、4組48次（C2型）。

2.2 廣州站交流濾波器投退原則

廣州站交流濾波器小組由直流站控系統控制完成，以補償換流器無功功率和進行諧波濾波。小組交流濾波器自動投退遵循以下原則：

（1）解鎖按最小濾波器配置，投入1A＋1B，接下來根據系統需要依次投入2A、2B、3A、4A；

（2）所有A型以及B型濾波器全部投入后，C型濾波器根據系統需要投入，最先投入的是C1型濾波器（C36）；C1型濾波器投入后根據系統需要投入C2型濾波器（C48）；

（3）如果某一型號的濾波器不可用，則取代的交流濾波器按照A→B→C36→C48的順序替代；

（4）同類型的交流濾波器按照“先投先退”的原則進行自動投退，以保證同一類型的交流濾波器在投入運行的時間上盡量平均。

3 發現交流濾波器投退異常

廣州換流站運行人員在監測時發現交流濾波器投退順序沒有嚴格按照“先投先退”的原則進行，甚至存在“最后投最先退”的情況。截取2013年4月17日21：28至4月20日12：12的時間段交流濾波器投退的情況進行分析，可以看到262交流濾波器在4月18日09：50投入11：58分即退出、263交流濾波器在4月19日09：59投入11：49分即退出、272交流濾波器在4月20日09：26投入12：12分即退出。這些是“后投先退”情況，如圖1所示。

圖1 2013年4月17日21：28至20日12：12交流濾波器投退情況

4 軟件分析

4.1 軟件設計原理

根據南瑞公司的設計原則，同類型交流濾波器投退順序的總體原則為“先投先退”，保證各濾波器的運行時間趨向平均。

“先投先退”邏輯為（以A型濾波器為例）：各A型濾波器具有一個投退優先級，分別為1、2、3、4；其中4為最高優先級，處于下組要投或退的狀態。當投入一組A型濾波器后，各A型濾波器的優先級加1，以此類推，實現“先投先退”。舉例如下：假設當前262、263、272、282的狀態分別為投入、退出、退出、退出，優先級別分別為1、2、3、4，當系統工況需要投入一組A型濾波器時，系統將選擇優先級最高的282投入，投入282后，各A型的交流濾波器的優先級各加1（注：4加1后復位為1），如表1所示。

表1 交流濾波器的“先投先退”優先級表

投入邏輯：小組交流濾波器的優先級確定后，將可用且未投入的小組交流濾波器的優先級別進行比較，選優先級最大的交流濾波器作為下組要投入的交流濾波器，見圖2。

退出邏輯：小組交流濾波器的優先級確定后，將可用且已投入的小組交流濾波器的優先級別進行比較，選優先級最大的交流濾波器作為下組要切除的交流濾波器。見圖3。

圖2 小組交流濾波器投入邏輯（以A型為例）

圖3 小組交流濾波器切除邏輯（以A型為例）

4.2 軟件缺陷分析

通過分析比較圖2可以得出簡化圖，如圖4。由圖4得知，導致小組交流濾波器優先級加1的因素有：

（1）投入一組小組交流濾波器；

（2）優先級最高的且不在連接狀態的交流濾波器變為不可用。

交流濾波器連接狀態（FILTER＿1A＿CONN）輸出1的條件（以1A為例）：（大組母線線路側地刀在分位＆小組ACF地刀在分位＆刀閘在合位＆開關在合位）或（T1電流值大于額定值的0.5PU，250 A×0.5＝125A）。

交流濾波器可用（FILTER＿1A＿CONN＿AVAIL取非）輸出為1的條件有（以1A為例）：FILTER＿1A＿CONN輸出0（即1A在不連入狀態）＆1A在選擇狀態＆地刀在分位＆刀閘在合位＆開關在分位＆開關可用無故障＆不在放電狀態。

其中，第一條因素設置的出發點是為了實現小組交流濾波器“先投先退”；第二條因素設置的出發點是為了避免不可用的交流濾波器處于優先級最高的狀態。

顯然，通過分析上述軟件圖知道，第二條因素設置中沒有考慮小組交流濾波器正常退出運行時有10分鐘的放電時間。這10分鐘的放電時間內小組交流濾波器不在連接狀態同時變為不可用；當該小組交流濾波器的優先級為4時，即滿足第二條因素設定的條件，小組交流濾波器優先級加1，從而導致投切順序錯亂。本次交流濾波器投退順序異常即由此邏輯缺陷導致。

圖4 導致交流濾波器優先級加1的因素

進一步分析圖4軟件圖可以看到，導致小組交流濾波器優先級加1的第二個因素有60 ms的延時，此延時是為了躲開小組濾波器從切除命令發出到切除完成的時間，若無法躲開延時，有可能會導致小組交流濾波器優先級加1。但是通過查看SER，發現交流濾波器從切除命令發出到切除完成的時間偶爾會達到66 ms，顯然，60 ms的設定過短，因此，應當增大延時值至70 ms，以躲開干擾。

4.3 改進措施

根據設計邏輯，正常運行時只有小組交流濾波器投入時，優先級才會加1，切除時，優先級不會加1。目前的軟件沒有考慮交流濾波器在退出時有10分鐘的延時，應當在軟件中FILTER＿1A＿CONN后加上10分鐘的延時，以躲開放電時間。

軟件圖中60 ms的延時是為了躲開小組交流濾波器從切除命令發出到切除完成的時間，若無法躲開延時，有可能會導致小組交流濾波器優先級加1。目前存在從命令發出到切除完成時間超過60 ms的情況，建議在軟件中增大延時值至70 ms，以躲開干擾。

5 結束語

交流濾波器是直流輸電系統中的重要設備，可以濾除換流過程中產生的特征諧波并提供換流所需的無功。文章以廣州換流站為研究實例，對交流濾波器投退順序異常進行詳細的分析，并提出了相應的改進措施。