膠東站大組濾波器停用對直流功率影響分析

楊　勇，郝衛(wèi)華，范立明，李　浩

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東　青島　266000）

膠東站大組濾波器停用對直流功率影響分析

楊勇，郝衛(wèi)華，范立明，李浩

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東青島266000）

通過對直流系統(tǒng)無功控制邏輯分析和無功功率需求的計(jì)算，結(jié)合膠東換流站交流濾波器組的類型，提出在停用某一大組交流濾波器的前提下，膠東換流站相應(yīng)的最優(yōu)直流功率運(yùn)行方案。該方案在實(shí)際操作中得到驗(yàn)證，可為其他直流工程提供參考。

高壓直流輸電；無功功率；大組濾波器

0　引言

在直流輸電系統(tǒng)中，換流器換流過程需要消耗大量的無功，導(dǎo)致系統(tǒng)無功缺額，同時(shí)換流器本身即為一大諧波源［1］，其產(chǎn)生的大量諧波注入交流電網(wǎng)，會造成交流側(cè)電壓嚴(yán)重畸變。為了保證良好的電能質(zhì)量，根據(jù)電力系統(tǒng)無功就地平衡的原則，直流輸電系統(tǒng)的整流站和逆變站都要裝設(shè)交流濾波器［2］，膠東換流站配置了三大組交流濾波器，第一大組共有5小組，分別為1組A類型（HP12），1組B類型（HP24/36），3組D類型（SC）；第二大組共有5小組，分別為1組A類型（HP12），1組B類型（HP24/36），3組D類型（SC）；第三大組共有4小組，分別為1組A類型（HP12），1組B類型（HP24/36），1組 C類型（HP3），1組 D類型（SC），每小組濾波器容量為180 Mvar，三大組濾波器總?cè)萘繛? 520 Mvar。

自2011年3月銀東直流線路正式投入商業(yè)運(yùn)行以來，膠東換流站連續(xù)2年發(fā)生因大組濾波器HGIS引線母線氣室滲漏，需要停用大組濾波器對該引線氣室進(jìn)行檢修的情況。因此為了保證系統(tǒng)安全高效運(yùn)行，必須確定此種情況下可采用的最優(yōu)直流功率運(yùn)行方案。

1　交流濾波器投切控制策略

膠東換流站無功控制方式包括手動控制和自動控制。在手動控制方式下，濾波器的投切由站內(nèi)運(yùn)維人員控制；在自動控制方式下，濾波器由系統(tǒng)根據(jù)無功需求自動進(jìn)行投切。正常情況下，濾波器選擇自動控制方式運(yùn)行，即根據(jù)不同功率、不同運(yùn)行方式下無功功率的需求，同時(shí)考慮到諧波濾除的需求由系統(tǒng)自動控制交流濾波器投切工作［3］。在自動控制方式下，交流濾波器投切按照優(yōu)先級從高到低的5種策略控制：絕對最小濾波器組、電壓控制、無功控制、最小濾波器組、無功控制/電壓控制。

1.1絕對最小濾波器組

絕對最小濾波器組是為了保證在某種特定的運(yùn)行工況下設(shè)備的額定值能夠得到滿足，避免因交流濾波器過負(fù)荷，而造成設(shè)備損害，此功能不受無功控制方式影響，即無論無功控制為自動方式還是手動方式，當(dāng)絕對最小濾波器組不滿足時(shí)，極控系統(tǒng)自動降低直流輸送功率，如果降至直流輸送額定最小功率還無法滿足時(shí)，將閉鎖直流系統(tǒng)。根據(jù)《寧東直流工程直流站控設(shè)計(jì)規(guī)范書》及網(wǎng)聯(lián)調(diào)試試驗(yàn)報(bào)告，膠東換流變電站在各種運(yùn)行工況下需要的絕對最小濾波器組數(shù)如表1所示。

表1　不同工況下絕對最小濾波器組數(shù)

1.2電壓控制

電壓控制是為了避免交流濾波器投切時(shí)出現(xiàn)交流過電壓，減小過電壓保護(hù)動作概率。在膠東換流站交流電壓Uac＞550 kV時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出切除交流濾波器指令；當(dāng)Uac＞538 kV時(shí)，禁止再投入交流濾波器；當(dāng)Uac＜490 kV時(shí)，禁止再切除交流濾波器；當(dāng)Uac＜475 kV時(shí)，投入交流濾波器。

1.3無功控制

無功控制是根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀況，限制投入濾波器組的數(shù)量，限制穩(wěn)態(tài)過電壓。當(dāng)要投入的交流濾波器，投入后會導(dǎo)致系統(tǒng)的無功冗余大于140 Mvar時(shí)，則禁止該組交流濾波器投入。

1.4最小濾波器組

最小濾波器組是為滿足濾除諧波的要求而投入，其投入組數(shù)與系統(tǒng)運(yùn)行方式及功率有關(guān)，最小濾波器組數(shù)不滿足時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出最小濾波器組不滿足告警，但不會自動降功率，根據(jù)《寧東直流工程直流站控設(shè)計(jì)規(guī)范書》及網(wǎng)聯(lián)調(diào)試試驗(yàn)報(bào)告，膠東站不同工況下最小濾波器組數(shù)如表2所示。

1.5無功控制/電壓控制

電壓控制和無功控制用于限制交流濾波器的投入和切除，避免交流過電壓的出現(xiàn)，最大限度地減小過電壓保護(hù)動作［4］。無功控制用于控制換流站和交流系統(tǒng)的無功交換量在設(shè)定的參考值內(nèi)。為了防止濾波器組的頻繁投切，采用滯回特性，設(shè)置的滯回窗口值換流站與交流系統(tǒng)的無功交時(shí)切除一組濾波器，當(dāng)時(shí)投入一組濾波器；電壓控制控制換流站交流母線電壓為設(shè)定的參考值。為了防止濾波器組的頻繁投切，采用滯回特性，當(dāng)交流電壓時(shí)切除一組交流濾波器，當(dāng)交流電壓投入一組交流濾波器，其中本站為7.7 kV。無功控制和電壓控制不能同時(shí)有效，由運(yùn)行人員選擇當(dāng)前的控制模式，本站選擇無功控制。

表2　不同工況下最小濾波器組數(shù)

2　膠東換流站無功計(jì)算

無論膠東換流站處于整流運(yùn)行還是逆變運(yùn)行狀態(tài)，直流系統(tǒng)都需要從交流系統(tǒng)吸收容性無功，根據(jù)換流原理可知，直流系統(tǒng)消耗的無功功率為［5］

式中：Udio為換流器理想空載直流電壓，為363.43 kV； P為換流器直流側(cè)直流功率，MW；Qdc為換流器無功消耗，Mvar；μ為換相角度，°；φ為換流器的功率因數(shù)角，°；Xc為每相的換相電抗，約為17.6%；Id為直流運(yùn)行電流，kA；α為整流側(cè)觸發(fā)角，當(dāng)換流器以逆變方式運(yùn)行時(shí)，α用γ替代，γ為逆變側(cè)關(guān)斷角，膠東換流站為逆變站，正常運(yùn)行時(shí)，γ額定值為17°；E11為換流變壓器閥側(cè)繞組空載電壓有效值，為269.21 kV。

3　大組濾波器停用直流功率分析

3.1第一或二大組濾波器停運(yùn)

膠東換流站第一大組和第二大組交流濾波器配置相同，當(dāng)?shù)谝淮蠼M濾波器或者第二大組濾波器停用時(shí)，失去了5小組濾波器的無功功率，為1組A類型（HP12），1組B類型（HP24/36），3組D類型（SC）不可用，在雙極額定方式下運(yùn)行（即膠東站處于逆變站，雙極額定電壓方式運(yùn)行），留有1小組交流濾波器D類型（SC）備用，還有8小組濾波器（2A+2B+C+ 3D類型）運(yùn)行，即能提供8×180=1 440 Mvar的無功。根據(jù)式（1）～（4），可得出此時(shí)最大運(yùn)行功率約為2 330 MW，同時(shí)考慮到滿足絕對最小濾波器組、電壓控制、無功控制、最小濾波器組控制要求，由表1和表2可知雙極最大功率不得超過3 825 MW，綜上考慮雙極最大功率不得超過2 330 MW。

3.2第三大組濾波器停運(yùn)

第三大組濾波器停用時(shí)，失去了4小組濾波器的無功功率，為1組A類型 （HP12），1組B類型（HP24/36），1組C類型（HP3），1組D類型（SC）不可用，在雙極額定方式下運(yùn)行（即膠東站處于逆變站，雙極額定電壓方式運(yùn)行），留有1小組交流濾波器D類型（SC）備用，還有9小組濾波器（2A+2B+5D類型）運(yùn)行，即能提供9×180=1 620 Mvar的無功。根據(jù)式（1）～（4），可得出此時(shí)最大運(yùn)行功率約為2 610 MW，同時(shí)考慮到滿足絕對最少濾波器）、電壓控制、無功控制、最少濾波器控制要求，由表1和表2得知雙極最大功率不得超過2 337 MW，綜上考慮雙極最大功率不得超過2 337 MW。

2012年11月，巡視發(fā)現(xiàn)第二大組交流濾波器HGIS引線母線氣室發(fā)生滲漏情況，需要停用大組濾波器對該引線氣室檢修，雙極功率運(yùn)行在2 200 MW，2014年12月，巡視發(fā)現(xiàn)第三大組交流濾波器HGIS引線母線氣室發(fā)生滲漏情況，需要停用大組濾波器對該引線氣室檢修，雙極功率運(yùn)行在2 200 MW，與通過理論計(jì)算值基本相符合。

4　結(jié)語

詳細(xì)介紹膠東換流站的無功控制原理和工程上的無功計(jì)算方法，并通過計(jì)算和分析得出了三大組濾波器任一退出運(yùn)行后系統(tǒng)允許輸送的最大直流功率，為今后雙極直流系統(tǒng)在大組濾波器檢修的情況下，提供最優(yōu)直流功率運(yùn)行的方案。該方案有效提高系統(tǒng)的可靠性和直流利用率，同時(shí)也可為其他直流工程提供參考與借鑒。

［1］浙江大學(xué).高壓直流輸電［M］.北京：電力工業(yè)出版社，1982.

［2］甘捧.電力電容器興安直流興仁換流站交流濾波器運(yùn)行分析［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2011，32（3）：66-69.

［3］朱勇.銀東直流膠東換流站無功控制策略分析及優(yōu)化措施［J］.電力建設(shè)，2011（S1）：74-77.

［4］虞云翔.政平換流站無功功率補(bǔ)償及控制分析［J］.安徽電力，2007，24（1）：31-35.

［5］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2011.

Influence of the Large Group Filter Outage for DC Power in Jiaodong Converter Station

YANG Yong，HAO Weihua，F(xiàn)AN Liming，LI Hao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Qingdao 266000，China）

Based on the logical analysis of reactive power control in DC system and the calculation of reactive power demand，an optimal operation scheme of DC power converter in Jiaodong converter station is proposed combined with filter types，in the large group filter outage conditions.Empirical evidences for this scheme are found in the practical operation，which could act as references and experiences for other DC projects as well.

HVDC；reactive power；bank AC filter

TM712

B

1007-9904（2016）08-0050-04

2016-03-16

楊勇（1986），男，從事高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)工作；

郝衛(wèi)華（1981），女，工程師，從事高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)工作；

范立明（1985），男，從事高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)工作；

李浩（1982），男，從事高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)工作。