同步调相机对直流逆变站运行特性的影响分析

张芬芬 王立峰

摘要：特高压直流换流站中配置的无功补偿装置主要是用于提供有功功率以及传输时所消耗的无功功率，所以其动态特性将会对交直流混联电网的电压稳定性、直流运行特性等造成直接的影响。基于直流逆变站的控制特性，对同步调相机对直流逆变站的运行特性的影响进行深入分析，以期为直流馈入电网中的大容量调相机的接入奠定一定的理论基础。

关键词：同步调相机;直流逆变站;运行特性

我国各大地区和独立省的互联网已经进入到实施的阶段，利用直流输电作为异步联网其在经济上、技术上以及安全性能方面的都是都得到世界范围的认可。所以直流输电技术因其在经济上和技术上的独特优势，远距离大容量输电在我国电力工业发展上起到了较为重要的作用。我国已经成为世界范围内直流输电应用前景较为广阔的国家。

随着我国直流输电设备的不断投成及建设，尤其是对于东部地区的电网建设而言，增加直流馈入的容量，将会使得交流电网逐渐变弱，通过增加同步调相机能够使得电网电压趋向于稳定，从而为电网安全、稳定运行提供有效的措施。因此，本文主要对同步调相机的运行特性进行分析，研究其对直流逆变站控制特性以及无功电压的影响等内容，以期能够为接下来的电网建设提供帮助。

1.同步调相机的背景

近年来，随着特高压直流输电的快速、规模化建设，特高压直流电网对动态无功补偿的需求不断增加，而这也就意味着对同步调相机系统的无功功率需求越来越大。同步调相机能够对送电侧的无功功率和电力系统中所接受的无功功率进行动态的调整，从而使得系统电压及无功功率的稳定性得到保证。同步调相机具有较强的无功功率补偿功能，例如：可以连续输出可变的输出功率以及具有故障穿透能力。下面对同步调相机现有设备中的典型配置以及控制策略进行解释说明。将两套300Mvar同步调相机和两组SFC作为例子进行如下说明，两组SFC作为配件，其可使用开关对同步调相机进行控制。当SFC拖动并调节同步调相机从而启动逆变器的时候，激励电流将会施加到同步调相机转子以外的转子磁场。此时SFC系统的启动功率是由外部的10KV电源所提供的。当12脉冲晶闸管完全被控制的时候，其中间为直流平滑电抗器，当桥侧翻转的时候，逆变桥将使用6冲的晶闸管对电桥进行完全控制，此时逆变器的电压与交流和直流侧的输出开关相连接。若是此时发送端和输出端同时进行工作，则会面临较大的问题出现，极有可能会导致调相机无法正常工作，从而使得电网运行的稳定性无法保证[1]。

SFC启动模式具有控制高频和调节范围宽等功能，其能够对各种起始要求进行很好的满足，例如：在进行调相机启动和快速启动的时候，操作程序都较为加单，并且维护上也更加便捷，所以同步调相机的使用前景还是较为乐观的。

2.直流逆变站的控制配置

2.1直流电流控制

根据电流的裕度控制原则，逆变器也需要安装电流调节器，但是逆变器的电流调节器的整定值与整流器的数值相比，通常较小。只有当整流侧的电压幅度明显降低或者是直流电压的电压值大幅度上升的时候，才会对整流侧的最小触发角进行控制，而也将对逆变侧的定电流进行控制[2]。

2.2直流电压控制

逆变站对直流电压进行控制的时候，其控制方法与定熄弧角的控制方法相对比，此种控制方法更利于对受端交流系统的电压趋向于稳定。另外，逆变站对直流定电压进行控制的时候，在增加直流电压的时候同时也会保留一定的调节裕度，而在额定工况的条件下，此中控制方法相对于定熄弧角控制而言，控制方法更好。

2.3最大触发角限制

为了避免由于超调从而使得逆变器的触发角过大的情况出现，这样将会使得逆变器的熄弧角过小，从而使得换相失败，所以设置更大的触角，通常在设置触角的时候，其最合适的角度为150-160°之间[3]。

2.4定熄弧角控制

熄弧角指的是从被换相的阀电流从零算起，到该阀重新被加上正相电压为止这段时间对应的电角度。若是熄弧角的角度过小，則会使得晶闸管不能完全恢复正向的阻断能力，并且在叠加上正相电压，其将重新进行导通，而这将会出现倒换相的情况，也可将此种情况称之为换相失败。为了避免出现换相失败的情况，应该将熄弧角的角度控制到最大，但一旦熄弧角的角度变大，则会使逆变器的功率下降，从而使得所消耗的无功功率增加。根据实际的工程经验，熄弧角的适宜角度在15-18°之间最为适宜。

3.同步调相机的直流逆变站无功电压的特性

当逆变站交流侧的母线降低的时候，则在换流变分接头保持不变的情况下，会使得直流电压也呈现下降的趋势，而在逆变侧定熄弧角的控制下，会使得熄弧角的角度保持不变。此时，整流侧对定电流进行控制，而这样将会使得直流功率与直流电压的变化形式逐渐趋向一致;而调相机无功出力将随着电压的下降呈现增加的趋势，这样能够使得交流电网在最快的时间内恢复[4]。

4.同步调相机的控制策略

4.1同步调相机对HVDC输电系统电压稳定的控制策略

当电力系统出现电压扰动情况的时候，需要进行无功功率补偿从而使得电压维持稳定。随着直流输电系统容量的快速增加以及电压逐步上升，此时无功功率的补偿格外重要，直流输电系统中的换流器若想正常运转，其所需要的无功功率是由交流电网所提供的，从而使得电网维持稳定。

4.2新一代大容量调相机的控制策略

新一代大容量调相机相对于传统的调相机而言，其具有优良的动态无功补偿性能。当电力系统出现故障的时候，新一代的同步调相机能够快速提供动力，从而补偿无功功率。同步调相机的启动方式主要是通过启动马达，直接起动、降压启动及静态变频器SFC启动这四部分组成的。经过相关的文献资料表明，静态变频器具有结构简单、配置灵活以及维护量小的特点，所以此优点也成为了启动调相机的最佳启动方式。

5.总结

同步调相机接入到直流逆变站中的时候，能够快速捕捉到系统所需要的无功功率，这样同步调相机系统的反应性储备能够快速提高，从而使得系统的运行效率得到提升。通过本文的研究为大型同步调相机的控制策略提供一定的参考。

参考文献

[1]刘俊.同步调相机启动及控制策略在工程中的应用[J].集成电路应用，2019，36（10）：32-33.

[2]崔一铂，胡鹏，凌在汛，蔡万里.新型大容量同步调相机组技术特点分析[J].大电机技术，2019（02）：36-38+62.

[3]廖文辉，曾鑫鑫，谢星宇.逆变站稳定性影响分析及控制参数优化整定[J].电力学报，2017，32（06）：447-453.

[4]张宁宇，刘建坤，周前，汪成根.同步调相机对直流逆变站运行特性的影响分析[J].江苏电机工程，2016，35（03）：17-20.