摘要： 基于普侨特高压直流输电工程无功控制策略，分析了普侨直流工程中无功控制的配置策略、过电压控制。结合普洱换流站试运行中交流滤波器异常投切进行详细分析，针对分析结果，提出了修改普侨直流工程直流站控系统无功电压控制选择逻辑等切实可行的改进措施，这对我国未来的其它特高压直流工程的设计也有极大的借鉴和参考价值。
关键词：特高压直流输电；无功控制；过电压控制；直流站控系统
Suggestions on Improvement of Reactive Power Voltage Control Strategies for Puer-Qiaoxiang DC Power Transmission Project
Ding -BingHou, Li-ShaoSen, Sun-hao,Liu-Chao
( Kunming Bureau of CSG Extra High Voltage Power Transmission Company, Kunming 650000, Yunnan Province, China)
Abstract: This paper analyze reactive power control strategies and over-voltage control of Puer-Qiaoxiang DC power transmission project. Combined with the detail analysis of abnormal AC filter switching in Puer converter station, the paper proposes practical improvement of optimizing reactive power and voltage control logic of Puer-Qiaoxiang DC power transmission project. This improvement has some reference value for future HVDC power transmission projects.
Key words: UHVDC, Reactive Power Control, Over-voltage Control, DC Station Control
0引言
特高压直流输电系统运行时，无论是整流站还是逆变站都需要消耗一定的无功，换流站所消耗的无功功率可达到额定输送功率的40%~60%[1,2]，无功功率不足或者过剩都会直接导致交流电压的波动，严重时将会影响整个电网的安全稳定运行。普侨特高压直流工程如下原则进行无功控制：①保持换流站交流母线电压在设定范围；②保证换流站滤除谐波效果最优；③保持换流站无功功率在规定范围。其中无功控制的优先级别为①＞②＞③。
本文介绍普侨特高压直流输电工程中无功控制策略，并针对普侨特高压直流试运行期间交流滤波器异常投切的原因进行了详细的分析和探讨。
1无功控制
1.1Q模式
当选择Q模式时，控制换流站与交流系统交换的系统无功Qsys（所有阀组消耗的无功减去投入滤波器小组提供的无功）在允许的范围内[3,4]。当计算Qmin+Qmargin+Qnextfilter<Qsys时，延时5s发出投入一组滤波器的命令；当Qsys<Qmin时，延时10s发出切除一组滤波器的命令。其中Qnextfilter为预投入滤波器的无功计算值，根据当前的交流电压动态地调节输出值，动态地改变了滤波器的投入点，大大改善了滤波器的无功控制性能。为避免频繁地投切，还需要考虑一定的无功裕度Qmargin，一般为小组额定无功值的2%。普侨直流工程普洱换流站的小组额定无功Qn为160MVar，Qmargin取为40MVar；侨乡换流站站的Qn为227MVar，Qmargin取为50MVar。滤波器无功控制曲线如图1所示：
采用这样的控制策略可有效避免滤波器的频繁投切，在电压变化的情况下动态地改变投入点，电压越高，较迟投入滤波器，电压越低，较早投入滤波器，从而有效改善谐波性能和无功越限的问题[3]。无功控制受谐波性能控制和过电压控制的限制，优先级最低。当谐波性能不满足时，禁止无功控制发出的切除命令，此时可能造成无功越限，因此实际运行中Qmax一般不用做滤波器的投切控制，而是只做报警用。
1.2U模式
当选择U模式时，Uac 电压控制为滤波器控制模式之一，维持交流场母线电压稳定在一定的电压范围，在设定定值时必须考虑设定的参考值的最小压差(Umax_ref-Umin ref)能抑制频繁投切滤波器。如图2，当交流母线电压大于最大电压参考值(Umax_ref)，切除滤波器小组，当交流母线电压小于最小电压设置值(Umin_ref)，投入滤波器小组。在电压控制模式，当电压大于Umax_ref时切除滤波器不必考虑谐波性能，也不必考虑最小滤波器。滤波器电压限制分为连接、隔离、禁止连接，禁止隔离四个级别。一旦交流母线电压达到需要隔离或跳闸级别，即使滤波器小组已投入且选择为手动操作，在保证最小滤波器不能切除外，其它滤波器也将自动转换到OFF，只有这样能确保系统的安全运行。滤波器电压控制曲线如图2所示：
作为电压控制的信号源，优先选择第四大组交流滤波器的母线电压作为控制值，当该组测量的母线电压无效时，依次优先选取第三大组>第二大组>第一大组的母线电压。当选择参与控制的交流电压大于Umax_ref时，延时5s切除一组滤波器；当交流电压小于Umin_ref时，延时5s投入一组滤波器。如图3，每个滤波器小组的无功由对应的测控单元6MD66测量并经过现场总线送到直流站控，当测量值不在（0.4,1.4）Qn的范围内时，产生相应的测量故障信号送HMI显示，提醒运行人员检查，同时该小组的无功测量值由根据当前的交流母线电压、频率等计算出的值代替。
同样，四个大组的母线电压送到直流站控屏的测量板卡MPM，每个大组计算出来的有效值不在（300,800）kV的范围内时，产生相应的测量故障信号送HMI显示，同时四个大组测量值均有效时，按照一定的优先级原则来选择作为无功控制U模式和过电压控制的参考值。
2异常过程描述
异常前，直流站控系统1为主系统，无功运行模式为Q模式，投入的滤波器为2A+1B+1C，除滤波器大组ACF3为检修状态，其余三组滤波器大组正常投入，母线电压均为530KV左右。
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10月28日上午7:08:10:979开始SER报“RPC- FILTER ON REQUEST by U-LIMITATION”，交流过电压控制功能突然动作开始连续的投入交流滤波器小组。从7:08:13:678至7:08:18:331的近5秒钟时间，无功控制连续报交流电压限制投入滤波器命令，投入了574、592、593、594、591、561、565、571、572共计普洱换流站剩余的10组滤波器小组（ACF3由于处于检修状态未参与投切）。检查交流场电压上升至最高572kV。
由于一直都报交流电压限制投入滤波器命令，表明直流站控采集的滤波器母线电压送至直流站控系统1（用于过电压投切控制的基准值）有突然的跌落，随后电压继续跌落，连接层动作，所有热备用的10组滤波器依次间隔投入。热备用的滤波器全部投入后，连接层动作信号“RPC- FILTER ON REQUEST by U-LIMITATION”仍然存在了一段时间至7:09:36:995 ，表明采集的电压仍有异常。期间在07:08:24:339时，SER报“RPC- FILTER OFF REQUEST by Q-/U-CONTROL”无功切除命令由Q控制方式。但由于交流电压限制投入滤波器命令一直存在，以致此命令发出后未有滤波器切除。
当隔离禁止层的动作信号“RPC- FILTER OFF INHIBIT by U-LIMITATION”于7:09:36:995 消失后，由于投入的滤波器过多，与系统交换的无功超出范围，由无功控制功能从07:09:37:257至07:14:37:963的5分钟时间内切除之前投入的滤波器小组。
3控制逻辑介绍
3.1交流过电压控制说明：
直流站控按照一定的逻辑选择四个滤波器大组母线电压中的某个作为过电压控制的基准电压值，当直流站控判断选择的母线电压值低于490KV（连接层）时，会延时3s后自动投入一组滤波器。如果母线电压一直低于490KV，则按照150ms一组的延时间隔依次投入其它的滤波器小组，直到电压高于动作值时不再投入滤波器。当母线电压低于495KV（隔离禁止层）时，不允许自动切除投入的滤波器小组。当母线电压高于562KV（连接禁止层）时，禁止投入其它的滤波器小组。当电压继续上升到572KV（隔离层）时，会延时1.2s后自动切除一组滤波器，如果过电压一直存在，将会继续切除滤波器，每组滤波器切除的延时间隔为150ms，直到母线电压回落到动作值以内。
3.2无功控制交流电压选择逻辑
来自各滤波器大组ACF1~ACF4的三相母线电压由对应的PT汇控箱通过硬接线接入到直流站控系统1和2，直流站控屏内由四台电压变送器模块把PT的二次电压转化为合适的电压后送到屏内TDC机箱的MPM采样板卡，经过计算并做有效性检查后送到CPU中。直流站控接收本身的TDM总线采样计算各大组电压的有效值，软件中经过测量值有效性范围检查，如果四个大组母线电压测量值均判断有效，则按照4-3-2-1的顺序选择滤波器大组电压作为无功控制U模式和过电压控制的判断电压基准值。
4异常情况详细分析
异常前，直流站控系统1为主系统，运行模式为Q模式，投入的滤波器为2A+1B+1C,除滤波器大组ACF3为检修状态外，其余三组滤波器大组正常投入，母线电压均为530KV左右。根据上图的软件逻辑，异常前，由于ACF3的大组电压一直为0，功能块UAC_SEL_140的输入管角I2为0，其输出一直为0。因此ACF4大组电压只要在-15kV至545kV之间，无功控制均认为其是有效的。根据异常时的SER事件表（并无任何大组母线电压有效性检查非法的SER事件），判断ACF4的大组电压有效，过电压控制会采用ACF4的母线电压值作为判据。
经对电压控制逻辑检查发现，电压控制投切滤波器软件逻辑设计存在缺陷。无功交流电压控制按照大组电压4-3-2-1的优先级进行选取大组电压作为控制参考电压，并经过一个真实性检查逻辑。其原理为ACF4的电压如果在MAX(UACF3、UACF2、UACF1)+15kV和MIN(UACF3、UACF2、UACF1)-15kV之间，则用于控制。正常情况下四大组滤波器均带电，此逻辑无问题，如果ACF4跌落较大，必将不满足此逻辑导致ACF4的电压不作为电压控制使用。但目前普洱换流ACF3为检修，UACF3=0，因此，ACF4的最小值只要大于-15kV而小于545kV软件就认为可以用于控制。一旦ACF4的电压发生较大跌落，此逻辑仍然有效。因此，电压有效性选择判断逻辑设计问题也是此次导致滤波器异常投切的重要因素。
5电压有效性选择判断逻辑的改进
针对本次滤波器的异常投切，对该软件逻辑进行重新梳理讨论，制定出相应的修改方案，该方案能够解决某个滤波器大组在检修状态时，其母线电压（为0）仍然被选择参与最小值有效性比较逻辑中，从而不能正确地选择滤波器母线电压作为过电压限制控制电压判断基准值的问题。同时当某个滤波器大组电压有效性比较超出范围时，其输出参与最小值选择逻辑，选择其值为800KV,可以避免多组滤波器母线电压相继跌落时不能选择到正确的母线电压作为过电压限制控制的判断基准的问题。当只有两个滤波器大组在投入状态，另外两个大组在检修状态时，为保证过电压下设备的安全，选择两个大组电压中的最大值参与逻辑处理，可以在过电压下可靠地启动切除逻辑。
6总结
本文对无功控制的原理和功能进行了详细的介绍，针对运行异常做了详尽的分析，提出了电压有效性选择判断逻辑的改进。对于接下来的其它特高压直流输电工程和已投运的直流工程有极大的借鉴意义和参考价值，也有助于换流站运行与维护人员加深了解无功控制的功能，更好地保障直流运行的安全。相应控制策略和修改都已经在糯扎渡送电广东工程中应用。
参考文献
[1] 赵婉君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004.122-136. Zhao Wanjun. HVDC Transmission Engineering Technology[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2004. 122-136.
[2] 戴国安,周君文,等.特高压直流无功控制策略研究[J].电力系统保护与控制,2008,36(14):48-51.
Dai Guoan , Zhou Junwen, et al. Strategy of reactive power control on UHVDC [J]. Power System Protection and Control, 2008,36(14):48-51.
论文作者:丁丙侯，李少森，刘超,孙豪
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/8
标签：滤波器论文; 电压论文; 母线论文; 过电压论文; 逻辑论文; 小组论文; 异常论文; 《中国电业》2019年第13期论文;