±800 kV特高壓直流工程功率回降分析

宋慧慧，代海濤，宗凡琪，焦 浩

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118）

0 引言

特高壓直流輸電工程具有輸送容量大、輸電距離長的優(yōu)點，緩解了我國中東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的用電需求，直流輸電工程發(fā)生故障引起功率損失將對送受端電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。在實際工程運行過程中，造成傳輸功率損失的不僅有直流閉鎖，還有因各種因素限制出現(xiàn)的直流功率回降，了解直流功率回降的觸發(fā)因素能夠促進有效防范與應(yīng)對直流功率回降。

1 引起功率回降的因素及動作策略

引起功率回降的因素有：無功控制絕對最小濾波器不滿足功率回降；功率調(diào)制功能命令功率回降；保護請求功率回降；保護請求極平衡引起功率回降；過負荷能力限制功率回降；運行工況過負荷限制功率回降等。

1.1 無功控制功能引起功率回降

無功控制功能引起功率回降，即絕對最小濾波器組數(shù)要求不滿足請求功率回降，是為了保護交流濾波器，防止交流濾波器因過負荷而損壞［1］。

動作原理：根據(jù)絕對最小濾波器配置表，判斷當(dāng)前交流濾波器投入類型和組數(shù)是否滿足當(dāng)前功率水平下絕對最小濾波組數(shù)要求。若持續(xù)30 s不滿足，則進行功率回降。

動作策略：當(dāng)判斷出絕對最小濾波器要求不滿足持續(xù)30 s時，執(zhí)行功率回降，回降到的功率值為POW_LEVEL_x回滯值 （POW_LEVEL_x為當(dāng)前功率水平對應(yīng)的功率區(qū)間起始值或臨界值），即將功率降到下一個功率區(qū)間，判斷當(dāng)前濾波器投入情況是否滿足下一個功率區(qū)間絕對最小濾波器要求。若絕對最小濾波器持續(xù)不滿足，則每1 s回降一次。功率回降至當(dāng)前可用的濾波器可以支撐的最大功率。

1.2 功率調(diào)制命令功率回降

功率調(diào)制功能命令功率回降包括安控安全控制命令功率回降、頻率調(diào)制功率回降。

1.2.1 安控安全控制命令功率回降

安控安全控制命令功率回降是指直流控制保護設(shè)備接收安控安全控制裝置發(fā)送的功率回降信號和功率回降量，執(zhí)行功率回降。

動作原理：涉及受端損失發(fā)電功率或受端甩負荷故障時，有可能要求迅速增大直流系統(tǒng)的功率，以便改善交流系統(tǒng)性能。反之，對于送端交流損失發(fā)電功率或者受端交流系統(tǒng)甩負荷的事故，可能要求自動降低直流輸送功率［2］。安控安全控制裝置判斷出需要直流進行功率提升或回降后，將提升或回降命令發(fā)送給直流控制保護設(shè)備執(zhí)行。

動作策略：直流控保接收到安控安全控制功率回降命令，根據(jù)兩極功率控制方式進行功率分配。

1）兩極均為雙極功率控制模式，在這種情況下，減小的功率按兩極電壓比進行分配。

2）一極是極電流控制或極功率控制，一極是雙極功率控制時，如果雙極功率控制極可以滿足回降功率的要求，則僅回降該極功率；如果雙極功率控制極由于功率限制等原因不足以滿足回降功率的要求，剩余功率由極電流控制或極功率獨立控制極承擔(dān)。

3）雙極都是極電流控制或者都是極功率獨立控制時，回降的功率按兩極電壓比進行分配，使不平衡電流不高于功率回降前的水平。

1.2.2 頻率調(diào)制功率回降

直流輸電工程運行中，兩端的交流電網(wǎng)可能出現(xiàn)系統(tǒng)的頻率偏移，高于或者低于額定值50 Hz。對于頻率偏移，系統(tǒng)提供了頻率控制功能。該功能根據(jù)頻率變化情況自動的提升或降低直流輸送功率，以保持系統(tǒng)穩(wěn)定。頻率控制功能一般不投入使用。

1.3 保護請求功率回降

保護請求功率回降是指為保護直流設(shè)備請求功率降至設(shè)備可承受范圍，包括換流器過流保護功率回降、接地極引線過負荷保護功率回降、直流開關(guān)過流保護功率回降。功率回降時限定的電流值與各保護設(shè)備的過負荷能力相配合。請求功率回降保護動作判據(jù)及電流限值如表1所示 （以額定電流6 250 A為例）。

1.4 保護請求極平衡引起功率回降

保護請求極平衡引起功率回降有雙極中性母線差動保護極平衡、站接地極過流保護極平衡、后備站接地極過流保護極平衡、接地極引線過負荷保護極平衡、接地極引線差動保護極平衡、接地極引線不平衡保護極平衡［3］。

雙極運行時，保護才可引發(fā)極平衡，收到極平衡動作請求后，將較高電流指令所在極的電流回降至較低電流指令所在極的水平，使兩極電流平衡。請求極平衡保護及動作判據(jù)如表2所示。

1.5 過負荷能力限制功率回降

過負荷能力限制功率回降，是指系統(tǒng)3 s或2 h或長期過負荷能力限制電流指令，引起功率回降。

根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度的條件下，考慮備用冷卻設(shè)備是否可用，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計的過負荷水平使用情況，計算得到兩個換流器的過負荷能力，對功率／電流指令進行限幅［4］。沂南站系統(tǒng)設(shè)計過負荷水平如表3所示。

表1 請求功率回降保護列表

表2 請求極平衡保護列表

表3 系統(tǒng)設(shè)計過負荷水平

若超過3 s過負荷能力，3 s過負荷將電流指令限制到7 730 A；3 s過負荷能力結(jié)束后，2 h過負荷將電流指令限制到6 607 A；2 h過負荷能力結(jié)束后，長期過負荷能力將功率限制為1.0 pu。

1.6 運行工況過負荷限制功率回降

運行工況過負荷限制功率回降，是指運行工況發(fā)生變化時，各運行工況的對應(yīng)的過負荷能力限制電流指令，引起功率回降。

不同運行工況、控制模式對應(yīng)不同的過負荷限制，當(dāng)運行工況改變時，對應(yīng)運行工況過負荷限制改變，可能導(dǎo)致電流限制從而引起功率回降。例如正送降壓運行工況下過負荷限制為電流1.0 pu，當(dāng)全壓轉(zhuǎn)降壓運行方式時，電流指令有可能超過1.0 pu而被限制到1.0 pu，從而引起功率回降。

功率正送工況出現(xiàn)降壓、站間通信異常、逆變側(cè)進入應(yīng)急電流模式、站內(nèi)接地極連接時，對應(yīng)過負荷限制水平為電流1.0 pu。

功率反送工況對應(yīng)過負荷限制水平為0.5 pu。

2 控保系統(tǒng)功率回降實現(xiàn)方式

功率回降在極控保護系統(tǒng)PCP中實現(xiàn)，主要實現(xiàn)途徑為兩種，一是直接更新功率指令；二是限制電流指令上限值。如圖1所示。

2.1 直接更新功率指令方式

該方式直接在“功率指令升降、暫停、更新”模塊直接將功率指令更新為目標(biāo)值，無功控制功率回降、功率調(diào)制功能通過該方式實現(xiàn)功率回降。

2.2 限制電流值上限值

該方式通過取保護請求功率回降、保護請求極平衡、過負荷水平限制、運行工況過負荷限制各種情況電流限值的最小值作為電流指令的上限值，限制電流指令大小。

圖1 控保系統(tǒng)功率回降實現(xiàn)方法

其中，部分工況亦會將功率指令更新為目標(biāo)值，以防止工況改變時功率回升。

1）當(dāng)保護請求功率回降和極平衡命令返回時，會將功率指令更新為回降后的功率值。

2）過負荷水平限制中當(dāng)只有一極運行短期過負荷不可用持續(xù)120 s后，會將功率指令值更新為限制后的功率值。

3）運行工況過負荷限制中，當(dāng)降壓時出現(xiàn)過負荷在恢復(fù)至全壓模式時將功率指令更新為限制后的功率值；當(dāng)接地極連接時出現(xiàn)電流限制，將功率指令更新為限制后的功率值。

3 運行操作注意事項

3.1 無功控制功能引起功率回降注意事項

無功控制功能引起功率回降，多發(fā)生于大組濾波器跳閘、濾波器故障等情況：部分濾波器檢修時，需準(zhǔn)確核實可用濾波器所能支撐的功率水平；在出現(xiàn)無功控制方式為手動控制模式 （例如出現(xiàn)濾波器頻繁投切控制方式轉(zhuǎn)為手動控制）時，運行人員需要對照絕對最小濾波器配置表、最小濾波器配置表、無功交換量等決定投入濾波器組數(shù)。

3.2 保護請求功率回降注意事項

保護功率回降，主要是在設(shè)備故障或異常時保護相關(guān)設(shè)備。當(dāng)直流開關(guān)雙端口均正常時雙斷口承受電流總能力為1.76 pu，不會出現(xiàn)功率回降；接地極引線均正常時承受電流總能力為1.2 pu，不會功率回降；3 s過負荷和2 h過負荷水平限制功能正常動作時及換流器無故障時，換流器過流保護不會功率回降。

在出現(xiàn)直流開關(guān)單斷口故障繼續(xù)運行時，要注意直流功率設(shè)置值不得大于開關(guān)單端口的承受能力。

單極運行時出現(xiàn)接地極引線過負荷保護請求功率回降，表明接地極引線出現(xiàn)斷線或者接地故障，也可能是相關(guān)電流互感器故障造成。

3.3 保護請求極平衡注意事項

雙極平衡運行時，中性區(qū)域發(fā)生接地故障雙極中性母線差動保護不會動作。雙極中性母線差動保護和接地極引線相關(guān)保護請求極平衡時，表明雙極中性母線區(qū)域或者接地極引線區(qū)域發(fā)生故障。執(zhí)行極平衡操作目的是使雙極平衡運行減小入地電流，減小故障電流，繼續(xù)運行。

執(zhí)行極平衡后，保護雖然復(fù)歸，但故障可能仍未消除，若轉(zhuǎn)為單極功率控制可能會造成功率回降或者閉鎖。

接地極引線要關(guān)注接地極線阻抗監(jiān)視告警。雙極平衡運行時，接地極引線故障無法反映，要依靠接地極引線阻抗監(jiān)視功能［5］。若在雙極平衡運行時出現(xiàn)接地極阻抗監(jiān)視報警，需引起足夠重視，以防為接地極線路故障，單極閉鎖后導(dǎo)致保護動作閉鎖運行極。

3.4 過負荷能力限制及運行工況過負荷限制功率回降注意事項

運行工況轉(zhuǎn)換前應(yīng)關(guān)注當(dāng)前運行功率是否會引起過負荷，例如全壓轉(zhuǎn)降壓，退出閥組等操作。

大部分過負荷能力限制功率回降只對電流進行限制而不更新功率指令，在限制消失時可能會造成功率回升，應(yīng)及時在后臺更新功率指令。例如手動或保護退出閥組后造成其他閥組過負荷時，若不更新功率指令，當(dāng)閥組再次投入時會造成功率恢復(fù)到退出閥組前。

4 結(jié)語

本文梳理了特高壓直流輸電工程無功控制、功率調(diào)制、保護動作、過負荷限制等引發(fā)功率回降的因素，并寫明了控制保護系統(tǒng)執(zhí)行功率回降的策略。指出在換流站運維操作過程中，需從濾波器需求情況、設(shè)備運行方式轉(zhuǎn)換過程、直流運行功率水平、相關(guān)異常報警等方面提高警惕，防范發(fā)生功率回降，維持直流輸電系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。