特高压换流站手动切除HP3滤波器导致功率回降分析

(国网四川电力特高压宜宾管理处，四川 宜宾 644000)

0 引 言

特高压换流站的运行需要消耗大量的无功功率，对无功功率的控制则显得尤为重要。无功控制不仅要满足系统换相的无功需求，而且需有效地滤除谐波，从而保证母线电压稳定和交流系统正常运行[1-2]。无功控制中优先级最高的功能为绝对最小滤波器控制(Abs Min Filter)，它限定了所需投入的最少滤波器组，主要是为了防止部分交流滤波器组因故被切除后造成运行中的其他交流滤波器谐波过负荷，当其他无功控制与该功能限制条件冲突时，禁止其他功能在交流滤波器组过负荷时切除交流滤波器组[3-4]。

下面就某特高压换流站的一次直流功率回降事件进行分析，并提出解决方案。

1 功率回降情况分析

故障前直流功率运行方式为双极低端1369 MW运行；交流滤波器为一组HP11/13(5631)、一组HP24/36(5642)和一组HP3(5633)运行；无功控制方式为A+B+C，其中A代表HP11/13滤波器组，B代表HP24/36滤波器组，C代表HP3滤波器组。同时第一、二大组交流滤波器在检修状态。巡检发现5633滤波器A相C1电容器塔第四层第2支单支电容器漏油严重，向国调申请投入5641滤波器，退出5633滤波器。国调许可后，将无功控制方式切至手动模式，手动投入5641滤波器，退出5633滤波器。直流站控约30 s后发“绝对最小滤波器不满足请求降功率”指令，功率回降至952 MW。

依据该站《交流滤波器最小需求报告》 中的要求，双极低端运行方式下，当功率值在1000～2000 MW时，绝对最小滤波器功能需求为2A+B，如图1所示，说明即使切除一组HP3(5631)滤波器后，还有两组HP11/13(5631、5641)和一组HP24/36(5642)在运行，仍然满足绝对最小滤波器需要。

现场检查直流站控无功控制软件(RPC)逻辑，如图2所示，双极低端运行方式下，当功率值在1000～2000 MW时，绝对最小滤波器功能需求为A+B+C；当功率在1000 MW以下时，绝对最小滤波器功能需求为A+B。若手动切除一组HP3滤波器后，滤波器变为A+B方式运行，不满足当前功率下的绝对最小滤波器功能(Abs Min Filter)要求，直流站控请求功率回降，功率需回降至1000 MW以下。

换流站共2组HP3滤波器，手动切除一组HP3(5633)滤波器后，因另一组HP3(5623)滤波器在检修状态，绝对最小滤波器不满足功率回降逻辑，如图3所示。此时已无可用HP3滤波器，导致无功控制绝对最小滤波器功能(Abs Min Filter)不满足，直流站控延时30 s发出功率回降至低等级功率1000 MW以下的指令，同时预留50 MW裕度，因此直流双极功率回降至952 MW。绝对最小滤波器不满足功率回降逻辑如图3所示。

2 无功投切策略隐患分析

换流站交流滤波器配置为4×HP11/13(A)+ 4×HP24/36(B) + 2×HP3(C) + 10×SC(D)，功率等级下绝对最小滤波器组数逻辑如图4所示。直流满负荷8000 MW运行时，Abs Min Filter需求为3A+2B+2C，正常时HP11/13低通滤波器剩余1组热备，HP24/36高通滤波器剩余2组热备，HP3滤波器无热备。RPC软件逻辑为功率在3200～5600 MW时Abs Min Filter需求为2A+2B+1C；功率为5600～6000 MW时Abs Min Filter需求为2A+2B+2C；功率为6000～8000 MW时Abs Min Filter需求为3A+2B+2C。

如满负荷时其中1组HP3滤波器故障跳闸，Abs Min Filter不满足，功率将回降至6000 MW，此时功能需求为2A+2B+2C，Abs Min Filter仍然不满足，功率将再次回降至5550 MW(5600 MW减去50 MW裕度)，将直接造成2450 MW负荷损失。

图1 最小滤波器配置

图2 功率等级下绝对最小滤波器组数逻辑

图3 绝对最小滤波器不满足功率回降逻辑

图4 功率等级下绝对最小滤波器组数逻辑

表1 HP3退出影响直流对比

3 单组HP3故障退出后Abs Min Filter方式转换可行性分析

各换流站满负荷运行时，如单组HP3滤波器故障退出后对直流系统功率输送的影响对见如表1。

由表1可以看出，大部分直流换流站在HP3不可用的情况下，可以由相同类型的滤波器替代，也可以由其他类型的滤波器组投入替代运行。但现阶段在实际工程中通过增加一次设备(HP3)数量来解决上述功率回降问题的可操作性不大，只能考虑参考其他换流站的投切策略，修改RPC软件逻辑，在单组HP3故障退出后进行Abs Min Filter方式转换，以满足无功和Abs Min Filter需求。修改RPC软件逻辑后存在两个问题：1)当所有HP3滤波器均不可用时，如Abs Min Filter使用A型和B型滤波器替代，电网中3次和5次谐波势必无法消除，需计算满负荷时电网中的3次和5次谐波分量。2)退出一组HP3滤波器后使用其他类型滤波器替代，那么电网中的3次和5次谐波就只能靠再投入的一组HP3滤波器吸收；如果3次和5次谐波分量较大，可能造成投入的一组HP3滤波器过流或过负荷。

如果电网中的3次和5次谐波分量非常小，即使退出一组HP3或HP3全部不可用也不会对系统造成严重的危害。以锦屏换流站为例，其滤波器4A+3B方式下最大可承受8280 MW(1.15 p.u.)直流功率输送，从实际运行经验来看，暂未发生因单组HP3滤波器退出造成功率回降的事故。

查看故障前小组滤波器录波图，各小组滤波器首段电流约为255 A左右。不同类型滤波器组谐波分量如图5所示，HP11/13滤波器电流主要由基波电流、11次谐波和13次谐波电流组成，比例分别为100%、44%、35%。HP24/36滤波器电流主要由基波电流及少量9次、11次和13次谐波电流，比例分别为100%、3%、3%、5%。

HP3滤波器电流中主要为基波电流，3次和5次谐波最大不超过1.5%[5-6]。HP3滤波器保护过流II段定值为384 A(I段报警)，延时0.3 s跳闸，需要电流中至少要包含130 A以上的3次或5次谐波电流，比例在60%以上，但从目前的3次和5次谐波分量来看，在无功满足前提下，退出一组HP3不会造成在运的一组HP3过流或过负荷。

图5 不同类型滤波器组谐波分量录波

图6 锦屏换流站绝对最小滤波器组数逻辑

4 改进措施

以锦屏换流站逻辑为例，双极四阀组全压运行，功率为3600～7920 MW(1.1 p.u.)时，如HP3滤波器可用，Abs Min Filter需求为3A+2B+C；如HP3滤波器不可用时，Abs Min Filter需求转换为3A+3B，如图6所示。锦屏站绝对最小滤波器组数逻辑站交流滤波器配置为4A+4B+1C+5D，如满负荷7200 MW运行时，即使HP3滤波器故障退出，正常情况下仍然满足Abs Min Filter需求，不会出现因单组滤波器退出而造成回降功率的情况。

依照锦屏换流站逻辑，同时分析在一组HP3投入的情况下，3次和5次谐波对电网的危害和影响程度较小，对故障站软件逻辑进行修改。

图7 软件修改后绝对最小滤波器组数投切逻辑

图8 复龙换流站LEVE 6功率水平逻辑

修改后的控制逻辑如图7所示。当HP3可用组数小于2组时，若双极功率水平在5600～7600 MW时，可采用3A+3B+1C的滤波器配置；若双极功率水平在7600～8800 MW时，采用4A+3B+1C的滤波器配置；若双极功率水平在8800 MW以上时，采用4A+3B+1C的滤波器配置。这样可避免迎峰度夏大负荷运行时，HP3组数全部投入，一组HP3滤波器退出运行时功率回降过多的情况发生。

5 存在的问题

对比复龙换流站，其滤波器组仅有一组HP3型，考虑大负荷运行情况下，在HP3滤波器不可用时，功率限制值POW_LEVER_5由6080 MW调整为3520 MW，功率限制值POW_LEVER_6由10 000 MW(上限)转换为5440 MW，如图8所示。即满负荷时HP3滤波器故障退出后，滤波器组数必须满足5440 MW以上Abs Min Filter需求，即“3A+3B”方式。也就是说在HP3滤波器不可用的情况下，满负荷时必须满足5440 MW以上Abs Min Filter需求，否则功率将回降至5440 MW以下，在站内HP11/13和HP24/36型滤波器组有足够冗余度的情况下，其功率最多损失960 MW。

对比锦屏换流站(如图6)，双极四阀组全压运行，功率为3600～7920 MW(1.1 p.u.)时，如HP3滤波器可用，Abs Min Filter需求为3A+2B+C；如HP3滤波器不可用时，Abs Min Filter需求转换为3A+3B。如满负荷7200 MW运行时，即使HP3滤波器故障退出，正常情况下仍然满足Abs Min Filter需求，不会出现因单组滤波器退出而造成回降功率的情况。

该故障站若满负荷运行，但一组HP3滤波器在检修、另一组HP3若因不确定的因素退出运行导致两组HP3同时不可用时，功率水平会回降至950 MW(1000 MW减去50 MW裕度)，如表2所示，这样会造成直流功率快速损失7050 MW，对电网的冲击非常大。

6 结 语

通过对换流站手动切除HP3滤波器组回降直流功率的分析，查找到了导致直流功率回降的原因与软件逻辑中对HP3滤波器在不同功率水平的要求不合理有关。通过对软件逻辑的修改，虽然解决了当一组HP3不可用时，可以通过投入其他类型滤波器组的方式避免功率回降的事情发生，但仍旧存在当两组HP3同时不可用时，在满负荷或大负荷运行期间造成功率损失较大，对电网冲击很大的情况。

表2 某站绝对最小滤波器组数

考虑借鉴锦屏换流站的软件逻辑，在两组HP3同时不可用时，使用其他类型滤波器组代替运行，并研究在这种情况下3次和5次谐波对电网的危害和影响程度，分析在不消除3次和5次谐波分量的情况下直流满负荷时是否可以长时间运行。