广州换流站交流滤波器投退顺序异常分析及改进措施

郑 权，胡辉祥，林启奋，赵 明

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州510663）

1 广州站无功控制概述

广州站的无功功率控制有两种模式：自动模式和手动模式。无功控制功能有四种控制方式，即Umax（电压控制）、Abs Min Filter（绝对最小滤波器）、Min Filter（最小滤波器）、Q control（无功控制）。无功控制功能最重要的部分为小组交流滤波器的投退控制，由直流站控制。正常运行情况下处在自动模式运行，严禁改为手动模式。当无功功率控制设定为自动模式时，小组交流滤波器可以选择自动控制和手动控制。当选择为自动控制时，小组交流滤波器由系统运行工况（母线电压、谐波含量、无功等）投退；当选择为手动控制时，小组交流滤波器可以由运行人员决定其投退，在该方式下，如果该小组交流滤波器未投入运行，无功功率控制就认为该小组不可用，从而可能引起直流限负荷。正常情况下，小组交流滤波器选择自动控制运行，但在某小组交流滤波器检修时可选择手动控制进行操作。

2 广州站交流滤波器投退控制

2.1 广州站交流滤波器配置

广州换流站共有11个小组交流滤波器，分为三大组，分别连接在交流220 kV＃6、＃7、＃8母线上。双调谐滤波器有6组，其中4组12／24次（A型）、2组3／36次（B型）；单调谐滤波器有5组，其中1组36次（C1型）、4组48次（C2型）。

2.2 广州站交流滤波器投退原则

广州站交流滤波器小组由直流站控系统控制完成，以补偿换流器无功功率和进行谐波滤波。小组交流滤波器自动投退遵循以下原则：

（1）解锁按最小滤波器配置，投入1A＋1B，接下来根据系统需要依次投入2A、2B、3A、4A；

（2）所有A型以及B型滤波器全部投入后，C型滤波器根据系统需要投入，最先投入的是C1型滤波器（C36）；C1型滤波器投入后根据系统需要投入C2型滤波器（C48）；

（3）如果某一型号的滤波器不可用，则取代的交流滤波器按照A→B→C36→C48的顺序替代；

（4）同类型的交流滤波器按照“先投先退”的原则进行自动投退，以保证同一类型的交流滤波器在投入运行的时间上尽量平均。

3 发现交流滤波器投退异常

广州换流站运行人员在监测时发现交流滤波器投退顺序没有严格按照“先投先退”的原则进行，甚至存在“最后投最先退”的情况。截取2013年4月17日21：28至4月20日12：12的时间段交流滤波器投退的情况进行分析，可以看到262交流滤波器在4月18日09：50投入11：58分即退出、263交流滤波器在4月19日09：59投入11：49分即退出、272交流滤波器在4月20日09：26投入12：12分即退出。这些是“后投先退”情况，如图1所示。

图1 2013年4月17日21：28至20日12：12交流滤波器投退情况

4 软件分析

4.1 软件设计原理

根据南瑞公司的设计原则，同类型交流滤波器投退顺序的总体原则为“先投先退”，保证各滤波器的运行时间趋向平均。

“先投先退”逻辑为（以A型滤波器为例）：各A型滤波器具有一个投退优先级，分别为1、2、3、4；其中4为最高优先级，处于下组要投或退的状态。当投入一组A型滤波器后，各A型滤波器的优先级加1，以此类推，实现“先投先退”。举例如下：假设当前262、263、272、282的状态分别为投入、退出、退出、退出，优先级别分别为1、2、3、4，当系统工况需要投入一组A型滤波器时，系统将选择优先级最高的282投入，投入282后，各A型的交流滤波器的优先级各加1（注：4加1后复位为1），如表1所示。

表1 交流滤波器的“先投先退”优先级表

投入逻辑：小组交流滤波器的优先级确定后，将可用且未投入的小组交流滤波器的优先级别进行比较，选优先级最大的交流滤波器作为下组要投入的交流滤波器，见图2。

退出逻辑：小组交流滤波器的优先级确定后，将可用且已投入的小组交流滤波器的优先级别进行比较，选优先级最大的交流滤波器作为下组要切除的交流滤波器。见图3。

图2 小组交流滤波器投入逻辑（以A型为例）

图3 小组交流滤波器切除逻辑（以A型为例）

4.2 软件缺陷分析

通过分析比较图2可以得出简化图，如图4。由图4得知，导致小组交流滤波器优先级加1的因素有：

（1）投入一组小组交流滤波器；

（2）优先级最高的且不在连接状态的交流滤波器变为不可用。

交流滤波器连接状态（FILTER＿1A＿CONN）输出1的条件（以1A为例）：（大组母线线路侧地刀在分位＆小组ACF地刀在分位＆刀闸在合位＆开关在合位）或（T1电流值大于额定值的0.5PU，250 A×0.5＝125A）。

交流滤波器可用（FILTER＿1A＿CONN＿AVAIL取非）输出为1的条件有（以1A为例）：FILTER＿1A＿CONN输出0（即1A在不连入状态）＆1A在选择状态＆地刀在分位＆刀闸在合位＆开关在分位＆开关可用无故障＆不在放电状态。

其中，第一条因素设置的出发点是为了实现小组交流滤波器“先投先退”；第二条因素设置的出发点是为了避免不可用的交流滤波器处于优先级最高的状态。

显然，通过分析上述软件图知道，第二条因素设置中没有考虑小组交流滤波器正常退出运行时有10分钟的放电时间。这10分钟的放电时间内小组交流滤波器不在连接状态同时变为不可用；当该小组交流滤波器的优先级为4时，即满足第二条因素设定的条件，小组交流滤波器优先级加1，从而导致投切顺序错乱。本次交流滤波器投退顺序异常即由此逻辑缺陷导致。

图4 导致交流滤波器优先级加1的因素

进一步分析图4软件图可以看到，导致小组交流滤波器优先级加1的第二个因素有60 ms的延时，此延时是为了躲开小组滤波器从切除命令发出到切除完成的时间，若无法躲开延时，有可能会导致小组交流滤波器优先级加1。但是通过查看SER，发现交流滤波器从切除命令发出到切除完成的时间偶尔会达到66 ms，显然，60 ms的设定过短，因此，应当增大延时值至70 ms，以躲开干扰。

4.3 改进措施

根据设计逻辑，正常运行时只有小组交流滤波器投入时，优先级才会加1，切除时，优先级不会加1。目前的软件没有考虑交流滤波器在退出时有10分钟的延时，应当在软件中FILTER＿1A＿CONN后加上10分钟的延时，以躲开放电时间。

软件图中60 ms的延时是为了躲开小组交流滤波器从切除命令发出到切除完成的时间，若无法躲开延时，有可能会导致小组交流滤波器优先级加1。目前存在从命令发出到切除完成时间超过60 ms的情况，建议在软件中增大延时值至70 ms，以躲开干扰。

5 结束语

交流滤波器是直流输电系统中的重要设备，可以滤除换流过程中产生的特征谐波并提供换流所需的无功。文章以广州换流站为研究实例，对交流滤波器投退顺序异常进行详细的分析，并提出了相应的改进措施。