特高壓直流無(wú)功后備控制功能策略研究

引言

傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng),直流站控系統(tǒng)通過(guò)與交流濾波器就地控制單元的現(xiàn)場(chǎng)總線通信進(jìn)行交流濾波器的投切控制,同時(shí)監(jiān)視投入的交流濾波器組數(shù)是否滿足最小濾波器（1A＋1B）要求。如果當(dāng)前投入的交流濾波器組數(shù)小于1A＋1B的要求,將觸發(fā)直流系統(tǒng)換流器快速停運(yùn)。因此,當(dāng)雙套直流站控系統(tǒng)故障或直流站控系統(tǒng)連接濾波器就地控制單元的現(xiàn)場(chǎng)總線均故障時(shí),直流站控系統(tǒng)無(wú)法獲取投入的濾波器組數(shù),判定此時(shí)投入的交流濾波器組數(shù)為零,將導(dǎo)致直流系統(tǒng)停運(yùn)。為避免上述情況的出現(xiàn),后續(xù)新建直流工程配置了無(wú)功后備控制功能。本文以某特高壓直流工程為例,對(duì)無(wú)功后備控制策略展開(kāi)了研究,然后分析了無(wú)功后備功能運(yùn)行期間的風(fēng)險(xiǎn),并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

1無(wú)功后備控制功能策略分析

當(dāng)所有與直流站控系統(tǒng)連接的交流濾波器就地控制接口單元現(xiàn)場(chǎng)總線通信發(fā)生故障,或直流站控系統(tǒng)判斷內(nèi)部程序故障時(shí),無(wú)功后備控制功能激活,其中,直流站控系統(tǒng)內(nèi)部軟件程序故障因素包括初始化過(guò)程系統(tǒng)閉鎖、CPU系統(tǒng)故障、參數(shù)狀態(tài)無(wú)效、冗余系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新故障、外部時(shí)鐘對(duì)時(shí)故障等,其激活邏輯如圖1所示。

無(wú)功后備功能激活后,極控系統(tǒng)立刻將極的功率傳輸模式強(qiáng)制切換至定電流控制模式。同時(shí),投入的交流濾波器組數(shù)通過(guò)各交流濾波器間隔單元與極控接口屏間的IRC(Inter-RelayCommunication）總線通信,上傳至雙極極控接口屏,雙極極控接口屏再將該信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給各自的極控系統(tǒng)。極1、2極控系統(tǒng)分別根據(jù)所投入交流濾波器的數(shù)目計(jì)算出直流系統(tǒng)可傳輸直流電流限定值,同時(shí)極控通過(guò)比較確定優(yōu)先需要切除的濾波器類型,具體關(guān)斷順序?yàn)?優(yōu)先從第一大組到第1大組逐個(gè)切除C型濾波器(若配置D型濾波器,則優(yōu)先切除）,再比較A、B型的交流濾波器投入數(shù)量,先切除投入數(shù)量較多類型的交流濾波器,若投入的A、B型的交流濾波器數(shù)目相等,則先切除B型,依次類推,直到只剩下最小濾波器組合1A＋1B。隨后,特高壓直流系統(tǒng)將極控系統(tǒng)計(jì)算出的直流電流維持運(yùn)行2h。如果2h內(nèi)直流站控系統(tǒng)相關(guān)故障排除,系統(tǒng)將恢復(fù)正常運(yùn)行方式;如果故障短時(shí)間內(nèi)無(wú)法排除,2h后極控系統(tǒng)會(huì)將直流電流強(qiáng)制設(shè)定至直流系統(tǒng)額定電流的10%,并以10%的額定直流電流繼續(xù)保持平穩(wěn)運(yùn)行。

直流電流的降低,可能會(huì)導(dǎo)致交流濾波器投入過(guò)剩,而此時(shí)由于直流站控系統(tǒng)無(wú)功控制功能失效,無(wú)法切除過(guò)剩的交流濾波器,只能由交流濾波器就地控制單元自行完成交流濾波器切除的任務(wù)。過(guò)剩的交流濾波器投入會(huì)造成交流電壓升高,交流濾波器就地控制單元通過(guò)檢測(cè)交流濾波器大組母線過(guò)電壓水平完成切除交流濾波器的控制,其邏輯如圖2所示。

如果監(jiān)測(cè)到本大組交流濾波器母線任一線電壓高于電壓設(shè)定值且接收到極控接口屏下發(fā)的切除交流濾波器的命令,則會(huì)經(jīng)過(guò)相應(yīng)延時(shí)切除一組交流濾波器,同時(shí)啟動(dòng)切除下一組交流濾波器的延時(shí)定時(shí)器。交流濾波器母線過(guò)電壓切除交流濾波器分為3段,1段定值為577+k,V段定值為632+k,1段定值為676+k,其延時(shí)時(shí)間不同。若交流濾波器切除一組后,母線電壓能夠回落并低于電壓設(shè)定值,將會(huì)停止切除交流濾波器,否則繼續(xù)切除下一組交流濾波器。

2無(wú)功后備控制功能風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1風(fēng)險(xiǎn)1:無(wú)功后備控制功能未考慮交流濾波器的類型,可能引起系統(tǒng)中諧波增加

為了向直流系統(tǒng)提供無(wú)功功率和濾除由于直流換相進(jìn)入交流系統(tǒng)的諧波,特意在換流站內(nèi)配置了交流濾波器?？紤]到無(wú)功補(bǔ)償方案、無(wú)功平衡條件、濾除諧波性能要求、損耗費(fèi)用和換流器的諧波等,換流站內(nèi)配置了多種型號(hào)的濾波器[3]。正常運(yùn)行時(shí),無(wú)功控制會(huì)根據(jù)直流場(chǎng)配置模式（雙極或單極）和直流電壓（降壓或正常電壓）情況,根據(jù)不同電流級(jí)別配置所要求不同型號(hào)的最少濾波器個(gè)數(shù),從而滿足無(wú)功功率要求和交流側(cè)諧波濾除要求。當(dāng)濾波器數(shù)量減少到低于濾波器諧波額定要求時(shí),無(wú)功控制會(huì)根據(jù)當(dāng)前交流濾波器配置將直流功率降低到相應(yīng)的級(jí)別。但無(wú)功后備控制功能僅通過(guò)小組濾波器組數(shù)來(lái)確定直流功率允許運(yùn)行值,這樣計(jì)算未考慮交流濾波器的類型,違背了換流站中設(shè)計(jì)交流濾波器的初衷,即交流濾波器的配置不僅為直流系統(tǒng)提供無(wú)功功率,還為交流系統(tǒng)濾除諧波。在實(shí)際運(yùn)行中可能導(dǎo)致交流系統(tǒng)中諧波增加,引起交流電壓畸變。

2.2風(fēng)險(xiǎn)2:無(wú)功后備控制功能切除濾波器電壓參考值選取單一,冗余度不足

根據(jù)章節(jié)l的分析,當(dāng)無(wú)功后備控制功能起作用時(shí),主要通過(guò)就地控制單元的過(guò)壓判斷邏輯來(lái)切除交流濾波器。判斷邏輯中的電壓實(shí)時(shí)值為每一大組交流濾波器母線電壓。但交流濾波器就地控制單元僅通過(guò)硬接線實(shí)時(shí)接收母線電壓,未對(duì)本大組交流濾波器母線電壓有效性進(jìn)行判斷。同時(shí),當(dāng)極控接口屏發(fā)出降電流信號(hào)后,若此時(shí)本大組交流濾波器母線PT空開(kāi)跳開(kāi)或本大組交流濾波器母線電壓傳輸回路出現(xiàn)異常,引起電壓測(cè)量偏低,則由于測(cè)量電壓低于過(guò)壓保護(hù)定值,小組交流濾波器就地控制單元將不會(huì)下發(fā)切除交流濾波器的命令,交流濾波器將保持運(yùn)行,最終可能導(dǎo)致交流系統(tǒng)電壓異常升高。

2.3風(fēng)險(xiǎn)3:無(wú)功后備控制功能濾波器切除電壓定值選取不合理

無(wú)功后備控制功能運(yùn)行2h后,交流濾波器將通過(guò)濾波器就地控制單元過(guò)電壓邏輯切除。但當(dāng)前過(guò)壓I段的動(dòng)作閾值設(shè)定過(guò)高,在交流濾波器被切除后,交流母線電壓降至577+k后低于過(guò)電壓I段閾值,下一組濾波器的切除指令被釋放,濾波器切除不到位使得交流母線電壓無(wú)法繼續(xù)下降,最終系統(tǒng)的交流母線電壓便停留在577+k。而按照運(yùn)規(guī)交流系統(tǒng)的持續(xù)最高電壓是550+k,所以當(dāng)前無(wú)功后備控制策略動(dòng)作后交流母線電壓過(guò)高,不符合電網(wǎng)安全運(yùn)行要求。

3無(wú)功后備控制功能風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施

無(wú)功后備控制功能啟動(dòng)可以維持直流系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行,但由于當(dāng)前無(wú)功后備控制功能設(shè)計(jì)不足,運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)大量諧波、抬升交流母線電壓等隱患,因此,若短時(shí)間內(nèi)無(wú)法排除直流站控系統(tǒng)故障,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)處置,避免造成惡劣后果。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)l和風(fēng)險(xiǎn)2,當(dāng)直流無(wú)功后備功能啟動(dòng)時(shí),加強(qiáng)對(duì)一、二次設(shè)備運(yùn)行情況的檢查,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)對(duì)異常展開(kāi)排查,消除隱患:在直流電流降低過(guò)程中關(guān)注交流濾波器是否正常切除,交流母線電壓是否偏高,若切除異常,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)就地方式切除多余的交流濾波器,待直流電流下降至額定電流的l0%后,手動(dòng)停運(yùn)直流系統(tǒng)。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)3,正常運(yùn)行方式下,電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的-5%～+5%,即500～550+k:發(fā)生系統(tǒng)異常或緊急事故后,電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的-l0%～+5%,即475～550+k,建議根據(jù)當(dāng)前正常運(yùn)行和緊急事故要求,開(kāi)展過(guò)壓定值優(yōu)化。

4結(jié)語(yǔ)

無(wú)功功率控制功能是高壓直流系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,而該功能主要在直流站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)直流站控系統(tǒng)或其相關(guān)回路發(fā)生故障時(shí),將無(wú)法對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行控制,最終可能導(dǎo)致直流系統(tǒng)發(fā)生閉鎖。為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,后續(xù)新建直流工程增加了無(wú)功后備控制邏輯。本文針對(duì)某特高壓直流無(wú)功后備控制功能開(kāi)展了研究,分析發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)行中可能存在風(fēng)險(xiǎn),并針對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)提出了預(yù)控措施,為后續(xù)直流工程無(wú)功后備功能的設(shè)計(jì)提供了參考。