特高压直流输电系统动态电压控制策略研究

特高压直流输电系统动态电压控制策略研究

郝晨飞杨杰

国网新疆超高压分公司 新疆乌鲁木齐市 830000

摘要：动态电压控制策略通过增大直流电压死区，可有效降低换流变压器分接开关动作的次数，提高直流系统换流变压器的稳定性，具有较好的工程应用价值。动态电压控制策略还存在一些问题，仍需要在提高直流系统输送功率限额、防止换流变压器分接开关过极性等问题上进行深入研究。

关键词：特高压；直流输电系统；动态电压；控制策略研究

1动态电压控制策略原理

在逆变站中，通过电压控制功能，直流系统的直流电压被控制在一个范围内，其中心值是给定的电压参考值。如果直流电压升高到大于电压参考值加上电压迟滞值的总和，分接开关控制策略将降低阀侧电压至允许范围内。如果直流电压降低到小于电压参考值减去电压迟滞值的差值，分接开关控制策略将增加阀侧电压至允许范围内。直流电压动态控制策略就是预设逆变站换流变压器分接开关档位，并将死区下限值调整至当前系统条件、全压运行模式下可能达到的最低直流运行电压以下，以保证在直流功率限值内逆变站换流变压器分接开关不动作。采用该策略时，直流电压死区下限范围扩大，即使达到最低直流运行电压时，逆变站换流变压器分接开关也不会动作，减少了逆变站换流变压器分接开关的动作次数。动态电压控制策略投入后，随着直流输送功率的增加，由于逆变站换流变压器分接开关不动作，直流电压逐步下降，不再维持在直流电压参考值，直流系统从一个直流电压恒定、开关动作频繁的状态变为直流电压动态调节、逆变站换流变压器分接开关极少动作的状态。

2动态电压控制策略存在的问题

2.1造成交流滤波器投切策略的变化

直流换流器在换相过程中会消耗大量的无功功率，且输送的有功功率越高，所需要的无功功率越多。交流滤波器能够提供无功功率，要根据直流系统从电网吸收的无功功率，按照相关控制要求对换流站内的交流滤波器进行投切。启用动态电压控制策略后，当直流系统输送相同的有功功率时，直流电压可能低于额定值，直流电流会增加，换流产生的谐波水平也与全压运行时不同，需要消耗更多的无功功率，投入更多的交流滤波器，造成交流滤波器投切策略的变化。由于特高压直流大功率馈入、交直流混联受电比重增大及逆变站近电气距离多落点等因素，受端电网电压稳定问题变得更复杂。

2.2降低直流系统输送功率上限

该直流输电系统输送功率的限额与送端电源的开机方式有关。通常情况下，电力调度机构决定发电机组的开机方式。动态电压控制策略给直流系统的运行方式引入了新的变量。受整流站交流暂态过电压的限制，根据调度运行规定，在相同的送端网架和开机方式下，启用动态电压控制策略时，该直流系统的最大输送功率比动态电压控制策略退出时低，主要原因为：1）直流最小限制运行电压与初始解锁状态下的交流电压相关，交流电压越高，解锁时的分接开关档位越低。若直流解锁后直流功率上升，且交流电压受其他因素影响下降，为保证分接开关档位不变，直流系统输送功率上限会受到限制。2）启用动态电压控制策略时，相同功率下，直流电压始终低于采用原策略时的电压，直流电流则大于采用原策略时的电流，若输送功率过大，会有过电流的风险。

2.3低端换流变压器分接开关过极性

直流输电系统要求有载调压分接开关有较大的调压范围，线性调压不能满足运行要求。此时通过极性选择开关，换流变压器分接开关绕组与主绕组有正向和反向两种接法，从而在不增加绕组触头的情况下扩大分接范围。极性选择开关切换动作时会引起触头间火花放电，产生少量的乙炔气体，影响设备的可靠性。该直流输电系统采用动态电压控制策略的总体原则是确保在直流解锁后，功率升降时分接开关不会动作。分接开关的初始档位是基于直流解锁后分接开关不动作的原则确定的，因此，初始档位与解锁前的交流电压有关。以双极四阀组为例，根据运行统计数据，逆变站低端换流变压器分接开关的初始档位通常为10档，高端换流变压器分接开关的初始档位通常为19档，所以在功率升降过程中低端换流变压器分接开关档位会反复突破极性档位16档。启用动态电压控制策略时，该直流输电系统最大运行功率限值为6200MW，若突破限值，需要运行人员手动退出动态电压控制策略压板。停用动态电压控制策略后，直流电压死区会恢复到正常范围，分接开关档位控制逻辑发生变化，逆变站低端换流变压器分接开关档位将升至17档或更高档位。在直流功率降低后，分接开关档位又会回调至16档或更低档位。逆变站低端换流变压器的极性档位是16档，这种反复的过极性问题给直流系统稳定运行带来了一定的挑战。

3动态电压控制策略改进措施

3.1利用小功率运行时分接开关的调节能力减少无功功率损耗

若系统无功功率无法平衡，系统电压持续降低，会导致电网电压崩溃。建议在直流解锁及小功率运行时不启用动态电压控制策略；当逆变站低端换流变压器分接开关调整至16档时，自动启用动态电压控制策略，改变直流电压死区；直流功率进一步增大时，改变实际运行的直流电压以维持分接开关档位不变，由于并未越过分接开关的极性档位，不会产生乙炔。采用这种方式可以缩小直流系统降压的幅度，相同有功功率下，直流运行电压的提高减小了直流系统消耗的无功功率，此时在动态电压控制策略动作过程中，交流滤波器投切可依旧采用原策略，减少1~2组滤波器的投入，有利于降低直流故障扰动时交流过电压的水平。

3.2利用分接开关小档位调节能力提高直流系统功率输送上限

充分利用逆变站换流变压器分接开关在极性档位以下时的调节能力，以实现更有效的电压控制，当逆变站低端换流变压器分接开关调整至16档时，自动启用动态电压控制策略。直流解锁时低端换流变压器分接开关档位维持10档不变。若直流解锁后直流功率上升，且交流系统电压受其他因素影响下降，无需维持换流变压器分接开关档位，可以通过升高分接开关档位的方式调节直流系统电压，通过提高直流系统电压下限的方式间接降低相同功率运行情况下直流电流的数值，减少过电流风险，提高直流系统输送功率的上限。

3.3充分利用熄弧角调节直流电压

在低端换流变压器分接开关升至极性档位（16档）时，动态电压控制策略自动激活，可以维持16档不变，最大程度降低换流变压器分接开关过极性的次数。也可通过熄弧角和分接开关的综合调节，保证直流解锁时及在0.1~1.0p.u.功率范围内运行时，低端换流变压器分接开关均运行在极性档位以上，以解决分接开关过极性问题。

4结语

特高压直流输电系统相对交流输电系统的优势之一是输送功率变化速率较大，可以在短时间内实现直流系统的启动和停运。直流输送功率的变化会导致直流母线电压变化，为了维持直流电压的稳定，换流变压器的分接开关会频繁动作。当采用分接开关控制方式来控制直流电压时，分接开关档位的变化会导致换流变压器分接开关过极性，过极性放电会造成换流变压器分接开关内乙炔含量增加，影响换流变压器的寿命，威胁电网安全稳定运行。

参考文献

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