溪洛渡直流工程功率波动原因分析

【摘要】针对兴安直流单极大地回线方式运行期间，牛从直流出现直流功率波动的异常情况，基于换相失败预测控制功能和直流偏磁的特征，结合对事件过程和录波的分析，探讨多回直流并列运行时通过直流偏磁和换相失败预测控制功能相互之间影响的机理，为进一步解决通过此种途径引发的直流功率波动问题指明方向。

【关键词】直流功率波动;换相失败预测控制;直流偏磁

1.引言

溪洛渡右岸电站送电广东±500kV同塔双回直流输电工程（又称作牛从直流工程）是世界上首个同塔双回、双回换流站同址建设的直流输电工程。

2014年07月19日，兴安直流极1直流线路故障降压重启不成功闭锁，极2单极大地回线方式继续运行期间，牛从直流四极出现换流变饱和告警、直流电压、直流电流及直流功率波动的异常情况。

目前，南方电网已形成“八交六直”共十四条西电东送大通道，多回直流并列运行馈入受端广东电网，多回直流相互影响问题对于南方电网的稳定性至关重要。

本文通过对牛从直流换相失败预测控制功能进行分析，结合换流变直流偏磁特征，探讨兴安直流单极大地回线运行方式造成牛从直流功率波动的机理。

2.事件过程

2014年07月19日09：13，兴安直流极1直流线路故障，降压重启不成功后闭锁，极2随即转为单极大地回线方式继续运行，极2直流功率为1200MW，直流电压-500kV，直流电流2400A，接地极电流2400A。同时牛从直流从西换流站出现交流滤波器保护失谐报警和换流变饱和报警，直流电压、电流、功率开始周期性波动。

09：31兴安直流极1以+400kV降压模式强送成功，牛从直流从西换流站交流滤波器保护失谐报警和换流变饱和报警均消失，直流电压、电流、功率也恢复稳定。

在此过程中牛从直流双回四极直流电压由正常值465kV最低降至380kV，直流电流波动由正常值3200A最高升至3800A，并被过负荷限制器限制。直流总功率也由正常值5930MW最低降至5717MW，整个过程直流功率损失最高达约200MW。

3.换相失败预测控制功能分析

直流逆变器换相失败是直流输电系统的典型问题之一。常规直流输电系统换流器采用晶闸管阀，当交流系统故障后将引起直流逆变站换流母线电压波动，易造成这类逆变器的换相失败。[1]

溪洛渡直流采用换相失败预测控制防止换相失败的发生，通过零序检测法和交流电压转换来检测交流系统故障，增大熄弧角并采用逆变侧最小换相裕度控制提高换相裕度，减少换相失败的概率，提高运行可靠性。

换相失败预测控制的输入为交流电压， 输出为对最小换相裕度AMIN控制和最大换相裕度AMAX控制的角度增大值。如果检测到交流故障，则增大AMIN参考值提前点火，防止换相失败发生，同时送给AMAX控制，减小点火角的最大限幅值。[2]

4.功率波动原因分析

观察牛从直流发生直流功率波动时刻的极控系统录波，可以发现交流系统电压有效值持续周期性波动并缓慢下降，导致极控系统换相失败预测控制功能启动，于是极控系统触发角随着换相失败预测控制输出的变化而持续波动并缓慢减小，以防止换相失败发生。极控系统触发角持续波动并减小造成直流电压持续波动并降低，同时由于牛从直流处于双回双极功率模式，为维持功率指令，直流电流也跟着波动并上升，直至到达负荷限制器限制值。直流电压和直流功率同时振荡最终导致实际直流功率波动并下降。

通过比较功率波动前后交流系统电压零序分量和傅立叶分析结果，发现直流功率波动时刻交流系统电压零序分量明显增大，峰值高达60kV，引起换相失败预测控制功能动作，最终导致直流功率波动。交流系统电压谐波分量也明显增大，3次谐波分量幅值高达14kV，所占比重也高达3.5%，导致出现交流滤波器保护失谐报警和换流变饱和报警。当交流系统电压零序分量和谐波分量随着兴安直流恢复双极平衡运行后逐渐恢复正常后，交流滤波器保护失谐和换流变饱和报警也随着消失，换相失败预测控制功能动作返回，直流功率恢复稳定。

交流电压周期性波动、零序分量和谐波分量增大正是直流偏磁造成换流变周期性饱和的典型特征。[3-4]因而，可以断定引起本次牛从直流功率波动的原因为：兴安直流极1单极闭锁，其极2单极大地运行产生的地电流（高达2400A）引起从西换流站换流变直流偏磁和交流系统电压畸变，交流电压中的零序分量引起直流极控系统换相失败预测控制功能动作，导致触发角波动，从而造成直流电压和直流电流及直流功率的波动;兴安直流极1解锁后，地电流消失，从西换流站换流变饱和和交流电压畸变消失，直流极控系统换相失败预测控制功能动作返回，直流功率恢复稳定。

5.结语

随着南方电网西电东送大通道直流输电工程的增多，多回直流并列运行彼此之间相互影响也越来越突出，由此引发的南方电网的稳定性问题也日趋重要。

本文通过对兴安直流单极大地回线运行方式造成牛从直流功率波动事件的过程、换相失败预测控制功能及换流变直流偏磁典型特征的分析，探讨了兴安直流单极大地回线运行方式造成牛从直流功率波动的机理，为进一步解决牛从直流功率波动问题指明了方向。

参考文献

[1]浙江大学直流输电科研组.直流输电[M].北京：水利电力出版社，1985.

[2]王学之，周全，国建宝.南方电网直流换相失败机理及判别方法[J].南方电网技术，2013，7（6）：44-47.

[3]朱林，韦晨，余洋.±单相变压器的直流偏磁励磁电流问题及其对保护的影响分析[J].电力系统保护与控制，2010，38（24）：

158-163.

作者简介：陈浩（1986—），男，河南人，工学学士，助理工程师。