胶东站大组滤波器停用对直流功率影响分析

杨　勇，郝卫华，范立明，李　浩

（国网山东省电力公司检修公司，山东　青岛　266000）

胶东站大组滤波器停用对直流功率影响分析

杨勇，郝卫华，范立明，李浩

（国网山东省电力公司检修公司，山东青岛266000）

通过对直流系统无功控制逻辑分析和无功功率需求的计算，结合胶东换流站交流滤波器组的类型，提出在停用某一大组交流滤波器的前提下，胶东换流站相应的最优直流功率运行方案。该方案在实际操作中得到验证，可为其他直流工程提供参考。

高压直流输电；无功功率；大组滤波器

0　引言

在直流输电系统中，换流器换流过程需要消耗大量的无功，导致系统无功缺额，同时换流器本身即为一大谐波源［1］，其产生的大量谐波注入交流电网，会造成交流侧电压严重畸变。为了保证良好的电能质量，根据电力系统无功就地平衡的原则，直流输电系统的整流站和逆变站都要装设交流滤波器［2］，胶东换流站配置了三大组交流滤波器，第一大组共有5小组，分别为1组A类型（HP12），1组B类型（HP24/36），3组D类型（SC）；第二大组共有5小组，分别为1组A类型（HP12），1组B类型（HP24/36），3组D类型（SC）；第三大组共有4小组，分别为1组A类型（HP12），1组B类型（HP24/36），1组 C类型（HP3），1组 D类型（SC），每小组滤波器容量为180 Mvar，三大组滤波器总容量为2 520 Mvar。

自2011年3月银东直流线路正式投入商业运行以来，胶东换流站连续2年发生因大组滤波器HGIS引线母线气室渗漏，需要停用大组滤波器对该引线气室进行检修的情况。因此为了保证系统安全高效运行，必须确定此种情况下可采用的最优直流功率运行方案。

1　交流滤波器投切控制策略

胶东换流站无功控制方式包括手动控制和自动控制。在手动控制方式下，滤波器的投切由站内运维人员控制；在自动控制方式下，滤波器由系统根据无功需求自动进行投切。正常情况下，滤波器选择自动控制方式运行，即根据不同功率、不同运行方式下无功功率的需求，同时考虑到谐波滤除的需求由系统自动控制交流滤波器投切工作［3］。在自动控制方式下，交流滤波器投切按照优先级从高到低的5种策略控制：绝对最小滤波器组、电压控制、无功控制、最小滤波器组、无功控制/电压控制。

1.1绝对最小滤波器组

绝对最小滤波器组是为了保证在某种特定的运行工况下设备的额定值能够得到满足，避免因交流滤波器过负荷，而造成设备损害，此功能不受无功控制方式影响，即无论无功控制为自动方式还是手动方式，当绝对最小滤波器组不满足时，极控系统自动降低直流输送功率，如果降至直流输送额定最小功率还无法满足时，将闭锁直流系统。根据《宁东直流工程直流站控设计规范书》及网联调试试验报告，胶东换流变电站在各种运行工况下需要的绝对最小滤波器组数如表1所示。

表1　不同工况下绝对最小滤波器组数

1.2电压控制

电压控制是为了避免交流滤波器投切时出现交流过电压，减小过电压保护动作概率。在胶东换流站交流电压Uac＞550 kV时，控制系统发出切除交流滤波器指令；当Uac＞538 kV时，禁止再投入交流滤波器；当Uac＜490 kV时，禁止再切除交流滤波器；当Uac＜475 kV时，投入交流滤波器。

1.3无功控制

无功控制是根据当前运行状况，限制投入滤波器组的数量，限制稳态过电压。当要投入的交流滤波器，投入后会导致系统的无功冗余大于140 Mvar时，则禁止该组交流滤波器投入。

1.4最小滤波器组

最小滤波器组是为满足滤除谐波的要求而投入，其投入组数与系统运行方式及功率有关，最小滤波器组数不满足时，系统会发出最小滤波器组不满足告警，但不会自动降功率，根据《宁东直流工程直流站控设计规范书》及网联调试试验报告，胶东站不同工况下最小滤波器组数如表2所示。

1.5无功控制/电压控制

电压控制和无功控制用于限制交流滤波器的投入和切除，避免交流过电压的出现，最大限度地减小过电压保护动作［4］。无功控制用于控制换流站和交流系统的无功交换量在设定的参考值内。为了防止滤波器组的频繁投切，采用滞回特性，设置的滞回窗口值换流站与交流系统的无功交时切除一组滤波器，当时投入一组滤波器；电压控制控制换流站交流母线电压为设定的参考值。为了防止滤波器组的频繁投切，采用滞回特性，当交流电压时切除一组交流滤波器，当交流电压投入一组交流滤波器，其中本站为7.7 kV。无功控制和电压控制不能同时有效，由运行人员选择当前的控制模式，本站选择无功控制。

表2　不同工况下最小滤波器组数

2　胶东换流站无功计算

无论胶东换流站处于整流运行还是逆变运行状态，直流系统都需要从交流系统吸收容性无功，根据换流原理可知，直流系统消耗的无功功率为［5］

式中：Udio为换流器理想空载直流电压，为363.43 kV； P为换流器直流侧直流功率，MW；Qdc为换流器无功消耗，Mvar；μ为换相角度，°；φ为换流器的功率因数角，°；Xc为每相的换相电抗，约为17.6%；Id为直流运行电流，kA；α为整流侧触发角，当换流器以逆变方式运行时，α用γ替代，γ为逆变侧关断角，胶东换流站为逆变站，正常运行时，γ额定值为17°；E11为换流变压器阀侧绕组空载电压有效值，为269.21 kV。

3　大组滤波器停用直流功率分析

3.1第一或二大组滤波器停运

胶东换流站第一大组和第二大组交流滤波器配置相同，当第一大组滤波器或者第二大组滤波器停用时，失去了5小组滤波器的无功功率，为1组A类型（HP12），1组B类型（HP24/36），3组D类型（SC）不可用，在双极额定方式下运行（即胶东站处于逆变站，双极额定电压方式运行），留有1小组交流滤波器D类型（SC）备用，还有8小组滤波器（2A+2B+C+ 3D类型）运行，即能提供8×180=1 440 Mvar的无功。根据式（1）～（4），可得出此时最大运行功率约为2 330 MW，同时考虑到满足绝对最小滤波器组、电压控制、无功控制、最小滤波器组控制要求，由表1和表2可知双极最大功率不得超过3 825 MW，综上考虑双极最大功率不得超过2 330 MW。

3.2第三大组滤波器停运

第三大组滤波器停用时，失去了4小组滤波器的无功功率，为1组A类型 （HP12），1组B类型（HP24/36），1组C类型（HP3），1组D类型（SC）不可用，在双极额定方式下运行（即胶东站处于逆变站，双极额定电压方式运行），留有1小组交流滤波器D类型（SC）备用，还有9小组滤波器（2A+2B+5D类型）运行，即能提供9×180=1 620 Mvar的无功。根据式（1）～（4），可得出此时最大运行功率约为2 610 MW，同时考虑到满足绝对最少滤波器）、电压控制、无功控制、最少滤波器控制要求，由表1和表2得知双极最大功率不得超过2 337 MW，综上考虑双极最大功率不得超过2 337 MW。

2012年11月，巡视发现第二大组交流滤波器HGIS引线母线气室发生渗漏情况，需要停用大组滤波器对该引线气室检修，双极功率运行在2 200 MW，2014年12月，巡视发现第三大组交流滤波器HGIS引线母线气室发生渗漏情况，需要停用大组滤波器对该引线气室检修，双极功率运行在2 200 MW，与通过理论计算值基本相符合。

4　结语

详细介绍胶东换流站的无功控制原理和工程上的无功计算方法，并通过计算和分析得出了三大组滤波器任一退出运行后系统允许输送的最大直流功率，为今后双极直流系统在大组滤波器检修的情况下，提供最优直流功率运行的方案。该方案有效提高系统的可靠性和直流利用率，同时也可为其他直流工程提供参考与借鉴。

［1］浙江大学.高压直流输电［M］.北京：电力工业出版社，1982.

［2］甘捧.电力电容器兴安直流兴仁换流站交流滤波器运行分析［J］.电力电容器与无功补偿，2011，32（3）：66-69.

［3］朱勇.银东直流胶东换流站无功控制策略分析及优化措施［J］.电力建设，2011（S1）：74-77.

［4］虞云翔.政平换流站无功功率补偿及控制分析［J］.安徽电力，2007，24（1）：31-35.

［5］赵畹君.高压直流输电工程技术［M］.北京：中国电力出版社，2011.

Influence of the Large Group Filter Outage for DC Power in Jiaodong Converter Station

YANG Yong，HAO Weihua，FAN Liming，LI Hao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Qingdao 266000，China）

Based on the logical analysis of reactive power control in DC system and the calculation of reactive power demand，an optimal operation scheme of DC power converter in Jiaodong converter station is proposed combined with filter types，in the large group filter outage conditions.Empirical evidences for this scheme are found in the practical operation，which could act as references and experiences for other DC projects as well.

HVDC；reactive power；bank AC filter

TM712

B

1007-9904（2016）08-0050-04

2016-03-16

杨勇（1986），男，从事高压直流系统运行、维护工作；

郝卫华（1981），女，工程师，从事高压直流系统运行、维护工作；

范立明（1985），男，从事高压直流系统运行、维护工作；

李浩（1982），男，从事高压直流系统运行、维护工作。