（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司扎鲁特换流站 028000）
摘要：高压直流输电显著特点是在换相过程中消耗大量无功功率，同时也产生大量特征谐波，因此换流站均安装了足够的交流滤波器及并联电容器同时满足无功消耗和滤除谐波需求。要确保直流输电系统安全可靠运行，无功控制功能起着至关重要的作用。本文描述了在直流输电系统中无功、谐波产生、计算以及控制。
关键词：无功功率；交流电压；谐波控制
1.换流站无功、谐波控制概述
直流系统运行时，换流器会同时在交、直流侧产生特征谐波。交直流侧产生的的谐波将会造成引起系统谐振、电网电压畸变、增加额外损耗、通讯系统不良等后果。从换流器工作原理看，直流侧的谐波为电压源性质，主要通过平波电抗器、中性母线电容及直流滤波器抑制；交流侧谐波为电流源性质，主要通过交流滤波器治理。
换流器可以通过增大触发角α或关断角γ吸收过剩的无功。在直流以低功率运行时，为了满足交流滤波器的额定值和性能要求，交流滤波器补偿的无功往往会超过换流器吸收的无功，可减少额外的电抗器等无功吸收设备，取得了很好的效果。
2.无功控制的计算
在直流输电工程成套设计中必须综合考虑直流功率、直流电压、、触发角、关断角及换流站无功补偿设备配置等因素。直流控制系统必须根据综合优化设计确定的主回路参数、运行方式及无功补偿设备的配置，对直流系统进行实时的无功控制
换流站无功控制首先要解决对换流器吸收无功的补偿，因此控制系统需要实时计算不同工况下换流器吸收的无功，以满足设定的交/直流系统无功交换限制的要求。
一个12脉动换流器单元工作所需无功QCONV的基本公式如下
由于无功补偿设备，包括交流滤波器、电容器组、电抗器等的无功出力和吸收能力均与交流系统电压、频率相关。因此，为了实现实时的换流站无功控制，还需实时计算所投入的无功补偿设备的总出力。
控制系统要实时监测交流系统电压、频率以及投入交流滤波器和并联电抗器的总组数。换流器吸收的无功与补偿装置提供的无功补偿量之差为换流站与交流系统交换的无功，是是无功控制的主要参量。如果换流母线上配置有PLC滤波器，还需考虑该滤波器的无功补偿功能。在无功控制中，需实时进行上述各数值的计算。
3.谐波性能要求和滤波器额定值限制
交流滤波器在设计中应考虑两个方面：一是要分别得到整流站和逆变站不同运行工况下为了满足滤波性能要求所需的滤波器形式和投入的组数，即工程中提到的最小滤波器组的需求；二是运行工况不同功率水平下，由于滤波装置谐波容量限制而必须投入的相应滤波器形式和数量，当其不能满足时，必须回降直流功率，甚至停运直流，这就是工程中提到的绝对最小滤波器组需求。
直流控制实时判断运行工况，实时控制交流滤波器的投切，或进行直流输送功率的控制。通常需考虑的工况包括单极全压、单极降压、双极全压、双极降压等运行工况。
4.无功控制优先级
在直流系统运行在小功率，且保证绝对最小滤波器的前提下，通常可能会出现换流站无功补偿过剩的工况，应对的另一措施是适当加大换流器的触发角或关断角，由换流器本身多吸收一些无功，减小交流系统的压力。
综上所述，换流站无功控制包括无功、交流电压的控制，以及谐波滤波的控制。在此基础上，首先需投入相关的绝对最小滤波器组，保证设备不过载。在工程中，控制系统的优先级分为五类，通常控制的优先级别由高到低为
①绝对最小滤波器组数：绝对最小滤波器组要求，包括换流器解锁前的控制。
②交流母线电压限制：保证交流母线电压超过最高限值，不低于最低限值控制。
③无功限制：保证与交流系统交换无功，即交流系统吸收的无功不超过最大限值。
④最小滤波器组数：投运的交流滤波器种类和组数保证交流系统谐波性能的要求。
⑤定无功和定电压：换流站无功平衡或交流电压控制的要求。
5.扎鲁特换流站无功控制策略
扎鲁特换流站无功控制功能在直流站控系统中完成。即使直流系统停运，无功控制也可以继续工作。在直流总输送功率从最小值至2小时过负荷功率水平之间任何直流功率水平上，本站与交流系统的无功功率交换设计值为零。任何运行方式下，换流站总输送功率的最小值为单极500MW、双极1000MW。
（1）AbsMinFilter（绝对最小滤波器）
绝对最小滤波器是为了防止各个直流功率水平下交流滤波器谐波过负荷所需投入的最小滤波器组。
各运行工况（单/双极、单/全阀组、降压/全压）及功率下绝对最小滤波器不满足要求，在0.5s内投入相关类型的滤波器，防止滤波器过负荷。若绝对最小滤波器不满足，则30s内启动功率回降。绝对最小滤波器优先级仅低于交流过电压限制。
直流解锁后要求连接一组BP11/13交流滤波器，在达到最小功率前再要求投入一组HP24/36。如果检测到没有滤波器小组投入运行，延时2.5s切换系统则5s后绝对最小滤波器功能将闭锁换流器。
（2）U_Max（交流母线电压限制）
换流母线电压限制功能为保持换流母线电压在规定范围内将限制或要求分组投切，且优先级高于最小滤波器和无功功率控制。该功能包括U_maximun与U_minimun。
换流母线电压较高时U_maximun功能将切除或限制分组投入。
换流母线电压较低时U_minimun功能将投入或限制分组切除。
（4）MinFilter（最小滤波器组数）
最小滤波器组是为满足滤波性能要求最少需要投入的滤波器型式和数量，影响最小滤波器的因素包括直流输送功率、站模式（整流/逆变）、解锁阀组个数、直流电压（全压/降压）。
当滤波要求不能满足时，该功能发出投入交流滤波器组命令，直到滤波要求满足。最小滤波器控制不会发切除滤波器。最小滤波器投入滤波器时延时5s投入。
（5）Q_Control/U_Control
在U Control模式下运行人员可以在OWS对电压控制参考值和死区值进行设置；在Q Control模式下运行人员可以在OWS对无功控制参考值和死区值进行设置。U control和Q control不能同时有效，由运行人员选择当前运行在U control还是Q control。正常运行时，本站应将无功控制应打至ON模式Q control自动。
本站采用大小组的滤波器分组方式，且大小组滤波器容量相差较大，如果采用较大的死区则投切滤波器前后直流系统与交流系统无功交换波动较大，如果采用较小的死区则可能导致大组滤波器反复投切，因此，扎鲁特站无功投切死区考虑大小组滤波器不同的容量采用不同的值。
当采用U_control策略时，如果换流母线电压超过设定的限制值，那么U_control会发出命令，投入或切出一组滤波器或并联电容器组。本站和U_control的死区均为5kV。
6.无功控制建议
为了防止弱交流系统时滤波器组的反复投/切，无功控制设计具有防振荡功能。该功能可对预定时间内的滤波器的投/切次数进行计数。如果投/切次数超过了一定值，RPC将自动转入手动控制模式，防止更多的滤波器的投/切操作。具体措置如下;
（1）直流系统启动必须将RPC置ON，严禁运行或启动过程中将RPC打至OFF位置 ；
（2）替换交流滤波器时，首先检查系统电压是否过高，如果允许的话才将RPC打为手动方式，先投入新滤波器再切除要退出的滤波器，同时选择新投入的滤波器时要考虑三个交流滤波器大组所投的交流滤波器组数应基本均匀，如果因故障原因造成不均匀的，应向国调申请手动切换滤波器；
（3）投入新滤波器前，要检查滤波器是否可用的；
（4）如果AFPA/B系统有一个系统死机或出现异常情况，而与该系统对应的交流滤波器大组中有滤波器在运行，那么为了避免误动并且运行工况允许的情况下要申请国调手动切换滤波器；
（5）在ABB修改软件后，要仔细核对保护定值单，防止保护定值单发生改变；
（6）手动替换交流滤波器时，每个交流滤波器投入运行后需现场检查，确认投运正常后，才切除相应的交流滤波器；
（7）每个交流滤波器之间的切换需等待至少5分钟，以避免振荡报警的发生。
参考文献
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[4]李战鹰, 李建华, 夏道止. ±800kV特高压直流输电系统特征谐波分析[J]. 电网技术, 2006(24)
作者简介：
李书毫(1992.9-), 男（汉族）, 河北省, 职称：运维值班员；现从事特高压直流输电的运维工作，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司扎鲁特换流站。
论文作者:李书毫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/12
标签：滤波器论文; 电压论文; 谐波论文; 最小论文; 系统论文; 功率论文; 母线论文; 《电力设备》2017年第29期论文;