引言

傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng),直流站控系統(tǒng)通過與交流濾波器就地控制單元的現(xiàn)場總線通信進行交流濾波器的投切控制,同時監(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。因此,當雙套直流站控系統(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)場總線均故障時,直流站控系統(tǒng)無法獲取投入的濾波器組數(shù),判定此時投入的交流濾波器組數(shù)為零,將導致直流系統(tǒng)停運。為避免上述情況的出現(xiàn),后續(xù)新建直流工程配置了無功后備控制功能。本文以某特高壓直流工程為例,對無功后備控制策略展開了研究,然后分析了無功后備功能運行期間的風險,并提出了相應的改進建議。

1無功后備控制功能策略分析

當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)場總線通信發(fā)生故障,或直流站控系統(tǒng)判斷內部程序故障時,無功后備控制功能激活,其中,直流站控系統(tǒng)內部軟件程序故障因素包括初始化過程系統(tǒng)閉鎖、CPU系統(tǒng)故障、參數(shù)狀態(tài)無效、冗余系統(tǒng)數(shù)據更新故障、外部時鐘對時故障等,其激活邏輯如圖1所示。

無功后備功能激活后,極控系統(tǒng)立刻將極的功率傳輸模式強制切換至定電流控制模式。同時,投入的交流濾波器組數(shù)通過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現(xiàn)場總線傳送給各自的極控系統(tǒng)。極1、2極控系統(tǒng)分別根據所投入交流濾波器的數(shù)目計算出直流系統(tǒng)可傳輸直流電流限定值,同時極控通過比較確定優(yōu)先需要切除的濾波器類型,具體關斷順序為:優(yōu)先從第一大組到第1大組逐個切除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)計算出的直流電流維持運行2h。如果2h內直流站控系統(tǒng)相關故障排除,系統(tǒng)將恢復正常運行方式;如果故障短時間內無法排除,2h后極控系統(tǒng)會將直流電流強制設定至直流系統(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)運行。

直流電流的降低,可能會導致交流濾波器投入過剩,而此時由于直流站控系統(tǒng)無功控制功能失效,無法切除過剩的交流濾波器,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。過剩的交流濾波器投入會造成交流電壓升高,交流濾波器就地控制單元通過檢測交流濾波器大組母線過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)測到本大組交流濾波器母線任一線電壓高于電壓設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,則會經過相應延時切除一組交流濾波器,同時啟動切除下一組交流濾波器的延時定時器。交流濾波器母線過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,其延時時間不同。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定值,將會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無功后備控制功能風險分析

2.1風險1:無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)提供無功功率和濾除由于直流換相進入交流系統(tǒng)的諧波,特意在換流站內配置了交流濾波器?？紤]到無功補償方案、無功平衡條件、濾除諧波性能要求、損耗費用和換流器的諧波等,換流站內配置了多種型號的濾波器[3]。正常運行時,無功控制會根據直流場配置模式（雙極或單極）和直流電壓（降壓或正常電壓）情況,根據不同電流級別配置所要求不同型號的最少濾波器個數(shù),從而滿足無功功率要求和交流側諧波濾除要求。當濾波器數(shù)量減少到低于濾波器諧波額定要求時,無功控制會根據當前交流濾波器配置將直流功率降低到相應的級別。但無功后備控制功能僅通過小組濾波器組數(shù)來確定直流功率允許運行值,這樣計算未考慮交流濾波器的類型,違背了換流站中設計交流濾波器的初衷,即交流濾波器的配置不僅為直流系統(tǒng)提供無功功率,還為交流系統(tǒng)濾除諧波。在實際運行中可能導致交流系統(tǒng)中諧波增加,引起交流電壓畸變。

2.2風險2:無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

根據章節(jié)l的分析,當無功后備控制功能起作用時,主要通過就地控制單元的過壓判斷邏輯來切除交流濾波器。判斷邏輯中的電壓實時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硬接線實時接收母線電壓,未對本大組交流濾波器母線電壓有效性進行判斷。同時,當極控接口屏發(fā)出降電流信號后,若此時本大組交流濾波器母線PT空開跳開或本大組交流濾波器母線電壓傳輸回路出現(xiàn)異常,引起電壓測量偏低,則由于測量電壓低于過壓保護定值,小組交流濾波器就地控制單元將不會下發(fā)切除交流濾波器的命令,交流濾波器將保持運行,最終可能導致交流系統(tǒng)電壓異常升高。

2.3風險3:無功后備控制功能濾波器切除電壓定值選取不合理

無功后備控制功能運行2h后,交流濾波器將通過濾波器就地控制單元過電壓邏輯切除。但當前過壓I段的動作閾值設定過高,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。而按照運規(guī)交流系統(tǒng)的持續(xù)最高電壓是550+k,所以當前無功后備控制策略動作后交流母線電壓過高,不符合電網安全運行要求。

3無功后備控制功能風險預控措施

無功后備控制功能啟動可以維持直流系統(tǒng)繼續(xù)運行,但由于當前無功后備控制功能設計不足,運行過程中可能出現(xiàn)大量諧波、抬升交流母線電壓等隱患,因此,若短時間內無法排除直流站控系統(tǒng)故障,現(xiàn)場應及時處置,避免造成惡劣后果。針對風險l和風險2,當直流無功后備功能啟動時,加強對一、二次設備運行情況的檢查,發(fā)現(xiàn)異常及時對異常展開排查,消除隱患:在直流電流降低過程中關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,通過現(xiàn)場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,手動停運直流系統(tǒng)。針對風險3,正常運行方式下,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,建議根據當前正常運行和緊急事故要求,開展過壓定值優(yōu)化。

4結語

無功功率控制功能是高壓直流系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)之一,而該功能主要在直流站控系統(tǒng)實現(xiàn)。當直流站控系統(tǒng)或其相關回路發(fā)生故障時,將無法對無功功率進行控制,最終可能導致直流系統(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功后備控制邏輯。本文針對某特高壓直流無功后備控制功能開展了研究,分析發(fā)現(xiàn)其在運行中可能存在風險,并針對相關風險提出了預控措施,為后續(xù)直流工程無功后備功能的設計提供了參考。