一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法

1.本发明涉及应用于特高压直流输电系统整流站换流变压器有载调压开关分接头控制的技术领域，具体为一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法。


背景技术：

2.高压直流输电系统中的无功补偿装置包括交流滤波器和低压电抗器。交流滤波器主要用于满足直流系统无功交互需求，滤除相应次数谐波以及调节交流母线电压。其控制过程由集成在站端控制系统中的无功功率控制模块实现。按照优先级的不同分为交流过电压控制、绝对最小滤波器组控制、电压限制、无功限制、最小滤波器组控制以及无功/电压控制。其中，最小滤波器组控制是为了满足交流系统滤波要求，绝对最小滤波器组控制是为了防止滤波器过负荷。对无功的控制核心目的是保障交直流系统无功平衡，对电压的控制核心目的是防止交流母线过电压以及防止滤波器投退引起交流母线电压质量恶化。低压电抗器兼具无功平衡和电压调节的功能，作为交流滤波器的补充。而高压直流输电系统中的换流变压器分接头控制则是与换流器自身的控制器相配合，当换流器控制的触发角或直流电压越限后，利用换流变压器分接头调节受控指标回归可控区间。其外分接头还受空载直流电压限幅的影响，凌驾于常规的分接头控制之上，其主要目的是防止设备承受过高的稳态电压应力。
3.目前在运的高压直流输电系统中存在长期非满载运行的情况，其最大直流输送功率一般不超过额定功率的80％，而无功需求一般占到有功输送功率30～50％，由此可以看出，其无功补偿装置并未得到充分的利用，存在大量无功补偿设备闲置的现象。而由于整流站换流变分接头多采用定角度控制策略，该策略随具有良好的动态响应能力，但会引起分接头频繁动作，由此带来机械传动设备和通讯装置故障频发的隐患，而换流变分接头消缺常常需要主设备配合停电，因此造成检修成本增加，人身设备安全风险增大。因此需要对现有的分接头控制策略提出改进，进一步降低分接头动作次数，同时提高站端无功补偿装置利用效率。


技术实现要素：

4.本发明为了解决传统的换流变压器有载调压开关定角度控制策略中分接头频繁动作和无功补偿装置利用率低的问题，提供了一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法。
5.本发明是通过如下技术方案来实现的：一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法，包括如下步骤：
6.步骤1、确定整流站触发角在死区范围内波动时，交流母线电压的边界值，考虑定功率运行工况，且直流电压为额定值：
7.高压直流输电系统整流侧表达式如下：
[0008][0009][0010]
其中，vdr为整流侧直流电压，τ为六脉冲换流阀数量，vdior为整流侧空载直流电压，xr为换相电抗，u1为换流变压器一次侧交流电压，也即交流母线电压，tn为分接头实际档位，tn为分接头额定档位，δu为换流变档距，ηn为换流变额定变比；
[0011]
定功率运行工况下，整流侧直流电压vdr不变，则直流电流id为定值，此时vdior*cosα为一定值，若触发角α在死区范围内波动，不会启动分接头调压，此时u1*cosα保持恒定，触发角α偏移额定值的裕量是2.5
°
，则交流母线电压的边界值表达式为：
[0012]u1min cos(α
n-2.5)＝u
1max cos(αn 2.5)＝u
1n
cosαnꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]
其中，u
1n
为交流母线额定电压，u
1min
、u
1max
分别为整流站触发角在死区范围内波动时，交流母线电压的最小、最大值；αn为触发角额定值；
[0014]
步骤2、获取低压电抗器调压启动定值：u
1max_lvr
、u
1min_lvr
；其中u
1max_lvr
、u
1min_lvr
分别表示启动低压电抗器投入、退出的交流母线电压限值；
[0015]
根据换流站现场运行规程，直流闭锁运行时，低压电抗器采用“参与换流母线电压控制”模式，当交流母线电压高于u
1max_lvr
时，延时投入一组电压电抗器；当交流母线电压低于u
1min_lvr
时，延时切除一组电压电抗器；
[0016]
步骤3、获取交流滤波器启动定值：u
1max_limit
、u
1max_lim_enbl
、u
1min_lim_enbl
、u
1min_limit
；其中，u
1max_limit
、u
1min_limit
分别表示启动交流滤波器切除或投入的交流母线电压限值；u
1max_lim_enbl
、u
1min_lim_enbl
分别表示禁止交流滤波器投入、切除的交流母线电压限值；
[0017]
根据换流站现场运行规程，当如果电压超过最大限幅u
1max_limit
时，无功控制按次序切除滤波器组防止电压的继续升高；如果电压低于最低限幅u
1min_limit
时，无功控制也按次序投入滤波器组防止电压的继续降低；如果再有一组滤波器的投入将引起电压超过u
1max_lim_enbl
，禁止投入滤波器组的操作；同理，如果再有一组滤波器的切除将引起电压低于u
1min_lim_enbl
，将禁止切除滤波器组的操作；
[0018]
步骤4、确定无功补偿装置裕量；根据现场无功交换控制策略，交直流系统实际无功交换和计划无功交换之间存在一定偏差，若无功交换超过偏差限值，则会投入或切除一个交流滤波器，满足下式：
[0019][0020]
其中，q为换流站与交流系统无功交换量，q
ref
为运维人员设置的参考值，q
dz
为投切死区；一般情况下，q
ref
设为零，为保证备用交流滤波器可以参与调压，q
ref
取无功小组额定功率容量的平均值；
[0021]
交流滤波器裕量n
_acf
选择：当交流滤波器配置总数减去运行总数大于1时，n
_acf
取1，否则取0；
[0022]
并联电容器裕量n
_sc
选择：当并联电容器配置总数减去运行总数大于1时，n
_sc
取1，否则取0；
[0023]
低压电抗器裕量n
_lvr
选择：当低压电抗器配置总数减去运行总数大于1时，n
_lvr
取1，否则取0；
[0024]
步骤5、确定参与裕量调压的无功补偿装置，为减少对现有无功平衡控制策略的干扰，且裕量条件和电压启动条件满足，当交流母线处于过电压运行时，参与裕量调压交流滤波器或并联电容器选择投切顺序中已投入的最末一台无功小组；当交流母线处于欠电压运行时，参与裕量调压的交流滤波器或并联电容器选择投切顺序中未投入的最末一台无功小组；参与裕量调压的低压电抗器尽量以使两台联络变下低抗趋于平衡为目标随机选择；
[0025]
步骤6、执行控制策略：
[0026]
(1)当u
1min
≤u1≤u
1max
时，由触发角α控制平衡交流母线电压波动，换流变分接头和参与调压的无功补偿装置均不动作；
[0027]
(2)当u
1max
＜u1≤u
1max_lvr
时，触发角刚越上限，分接头进入等待期，若交流母线电压继续升高，则启动调压程序；
[0028]
(3)当u
1max_lvr
＜u1≤u
1max_lim_enbl
时，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，启动低抗调压，投入参与裕量调压的低压电抗器；若低抗投入后，u1仍大于u
1max
，则启动分接头调压；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；过电压恢复后，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，切除参与裕量调压的低压电抗器；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；
[0029]
(4)当u
1max_lim_enbl
＜u1≤u
1max_limit
时，优先判断交流滤波器裕量n
_acf
是否为1，若为1，启动交流滤波器调压，切除参与裕量调压的交流滤波器，若为0或者当交流滤波器切除后，u1仍大于u
1max
，则参照步骤6第(3)条进行控制；过电压恢复后，优先判断已切除交流滤波器是否满足放电时间要求，若满足，则投入该交流滤波器；若不满足，参照步骤6第(3)条进行控制；
[0030]
(5)当u1＞u
1max_limit
时，优先判断并联电容器裕量n
_sc
是否为1，若为1，启动并联电容器调压，切除参与裕量调压的并联电容器，若为0或者当并联电容器切除后，u1仍大于u
1max
，则参照步骤6第(4)条进行控制；过电压恢复后，优先判断已切除并联电容器是否满足放电时间要求，若满足，则投入该并联电容器；若不满足，参照步骤6第(4)条进行控制；
[0031]
(6)当u
1min_lvr
≤u1＜u
1min
时，触发角刚越下限，分接头进入等待期，若交流母线电压继续降低，则启动调压程序；
[0032]
(7)当u
1min_lim_enbl
≤u1＜u
1min_lvr
时，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，启动低抗调压，切除参与裕量调压的低压电抗器；若低抗切除后，u1仍小于u
1min
，则启动分接头调压；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；欠电压恢复后，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，投入参与裕量调压的低压电抗器；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；
[0033]
(8)当u
1min_limit
≤u1＜u
1min_lim_enbl
时，优先判断交流滤波器裕量n
_acf
是否为1，若为1，启动交流滤波器调压，投入参与裕量调压的交流滤波器，若为0或者当交流滤波器投入后，u1仍小于u
1min
，则参照步骤6第(7)条进行控制；欠电压恢复后，优先判断已投入交流滤波器是否满足间隔时间要求，若满足，则切除该交流滤波器；若不满足，参照步骤6第(7)条进行控制；
[0034]
(9)当u1＜u
1min_limit
时，优先判断并联电容器裕量n
_sc
是否为1，若为1，启动并联电容器调压，投入参与裕量调压的并联电容器，若为0或者当并联电容器投入后，u1仍小于u
1min
，则参照步骤6第(8)条进行控制；欠电压恢复后，优先判断已投入并联电容器是否满足
间隔时间要求，若满足，则切除该并联电容器；若不满足，参照步骤6第(8)条进行控制。
[0035]
本发明所提供的一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：(1)可以有效减少分接头动作次数，降低由于分接头频繁动作引起的传动机构机械寿命老化速度和通信、控制系统故障率，减少由于有载调压装置检修造成的主设备配合停电。(2)提高了现有无功补偿装置利用效率，减少了换流站部分无功补偿装置长期闲置的问题。
附图说明
[0036]
图1是本发明所涉及一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法所采用的启动电压分布图；
[0037]
图2是本发明所涉及一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制框图。
具体实施方式
[0038]
以下结合具体实施例与说明书附图对本发明作进一步说明。
[0039]
本实施例中所涉及的一种兼顾无功补偿装置裕量调压的换流变分接头控制方法，以某换流站为例，方法包括如下步骤：
[0040]
步骤1、确定整流站触发角在死区范围内波动时，交流母线电压的边界值，考虑定功率运行工况，且直流电压为额定值：
[0041]
高压直流输电系统整流侧表达式如下：
[0042][0043][0044]
其中，vdr为整流侧直流电压，τ为六脉冲换流阀数量，vdior为整流侧空载直流电压，xr为换相电抗，u1为换流变压器一次侧交流电压，也即交流母线电压，tn为分接头实际档位，tn为分接头额定档位，δu为换流变档距，ηn为换流变额定变比；
[0045]
定功率运行工况下，整流侧直流电压vdr不变，则直流电流id为定值，此时vdior*cosα为一定值，若触发角α在死区范围内波动，不会启动分接头调压，此时u1*cosα保持恒定，触发角α偏移额定值的裕量是2.5
°
，则交流母线电压的边界值表达式为：
[0046]u1min cos(α
n-2.5)＝u
1max cos(αn 2.5)＝u
1n
cosαnꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
其中，u
1n
为交流母线额定电压，u
1n
＝530kv，αn为触发角额定值，αn＝15
°
；u
1min
、u
1max
分别为整流站触发角在死区范围内波动时，交流母线电压的最小、最大值，u
1min
、u
1max
分别为524kv、536.8kv；
[0048]
步骤2、获取低压电抗器调压启动定值：u
1max_lvr
、u
1min_lvr
；其中u
1max_lvr
、u
1min_lvr
分别表示启动低压电抗器投入、退出的交流母线电压限值；
[0049]
根据换流站现场运行规程，直流闭锁运行时，低压电抗器采用“参与换流母线电压控制”模式，当交流母线电压高于u
1max_lvr
时，延时投入一组电压电抗器；当交流母线电压低于u
1min_lvr
时，延时切除一组电压电抗器；
[0050]
步骤3、获取交流滤波器启动定值：u
1max_limit
、u
1max_lim_enbl
、u
1min_lim_enbl
、u
1min_limit
；
其中，u
1max_limit
、u
1min_limit
分别表示启动交流滤波器切除或投入的交流母线电压限值；u
1max_lim_enbl
、u
1min_lim_enbl
分别表示禁止交流滤波器投入、切除的交流母线电压限值；根据换流站现场运行规程，u
1max_limit
为550kv，u
1max_lim_enbl
为542kv，u
1min_lim_enbl
为510kv，u
1min_limit
为500kv；
[0051]
根据换流站现场运行规程，当如果电压超过最大限幅u
1max_limit
时，无功控制按次序切除滤波器组防止电压的继续升高；如果电压低于最低限幅u
1min_limit
时，无功控制也按次序投入滤波器组防止电压的继续降低；如果再有一组滤波器的投入将引起电压超过u
1max_lim_enbl
，禁止投入滤波器组的操作；同理，如果再有一组滤波器的切除将引起电压低于u
1min_lim_enbl
，将禁止切除滤波器组的操作；
[0052]
步骤4、确定无功补偿装置裕量；根据现场无功交换控制策略，交直流系统实际无功交换和计划无功交换之间存在一定偏差，若无功交换超过偏差限值，则会投入或切除一个交流滤波器，满足下式：
[0053][0054]
其中，q为换流站与交流系统无功交换量，q
ref
为运维人员设置的参考值，取310mvar；对于交流滤波器，q
dz
为投切死区，取220mvar；对于交流滤波器，q
dz
为投切死区，取280mvar；一般情况下，q
ref
设为零，为保证备用交流滤波器可以参与调压，q
ref
取无功小组额定功率容量的平均值；
[0055]
交流滤波器裕量n
_acf
选择：当交流滤波器配置总数减去运行总数大于1时，n
_acf
取1，否则取0；
[0056]
并联电容器裕量n
_sc
选择：当并联电容器配置总数减去运行总数大于1时，n
_sc
取1，否则取0；
[0057]
低压电抗器裕量n
_lvr
选择：当低压电抗器配置总数减去运行总数大于1时，n
_lvr
取1，否则取0；
[0058]
步骤5、确定参与裕量调压的无功补偿装置，为减少对现有无功平衡控制策略的干扰，且裕量条件和电压启动条件满足，当交流母线处于过电压运行时，参与裕量调压交流滤波器或并联电容器选择投切顺序中已投入的最末一台无功小组；当交流母线处于欠电压运行时，参与裕量调压的交流滤波器或并联电容器选择投切顺序中未投入的最末一台无功小组；参与裕量调压的低压电抗器尽量以使两台联络变下低抗趋于平衡为目标随机选择；
[0059]
步骤6、执行控制策略：
[0060]
(1)当524kv≤u1≤536.8kv时，由触发角α控制平衡交流母线电压波动，换流变分接头和参与调压的无功补偿装置均不动作；
[0061]
(2)当536.8kv＜u1≤537kv时，触发角刚越上限，分接头进入等待期，若交流母线电压继续升高，则启动调压程序；
[0062]
(3)当537kv＜u1≤542kv时，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，启动低抗调压，投入参与裕量调压的低压电抗器；若低抗投入后，u1仍大于u
1max
，则启动分接头调压；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；过电压恢复后，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，切除参与裕量调压的低压电抗器；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；
[0063]
(4)当542kv＜u1≤550kv时，优先判断交流滤波器裕量n
_acf
是否为1，若为1，启动交
流滤波器调压，切除参与裕量调压的交流滤波器，若为0或者当交流滤波器切除后，u1仍大于u
1max
，则参照步骤6第(3)条进行控制；过电压恢复后，优先判断已切除交流滤波器是否满足放电时间要求，若满足，则投入该交流滤波器；若不满足，参照步骤6第(3)条进行控制；
[0064]
(5)当u1＞550kv时，优先判断并联电容器裕量n
_sc
是否为1，若为1，启动并联电容器调压，切除参与裕量调压的并联电容器，若为0或者当并联电容器切除后，u1仍大于536.8kv，则参照步骤6第(4)条进行控制；过电压恢复后，优先判断已切除并联电容器是否满足放电时间要求，若满足，则投入该并联电容器；若不满足，参照步骤6第(4)条进行控制；
[0065]
(6)当523kv≤u1＜524kv时，触发角刚越下限，分接头进入等待期，若交流母线电压继续降低，则启动调压程序；
[0066]
(7)当510kv≤u1＜523kv时，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，启动低抗调压，切除参与裕量调压的低压电抗器；若低抗切除后，u1仍小于524kv，则启动分接头调压；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；欠电压恢复后，优先判断低压电抗器裕量n
_lvr
是否为1，若为1，投入参与裕量调压的低压电抗器；若n
_lvr
为0，则直接启动分接头调压；
[0067]
(8)当500kv≤u1＜510kv时，优先判断交流滤波器裕量n
_acf
是否为1，若为1，启动交流滤波器调压，投入参与裕量调压的交流滤波器，若为0或者当交流滤波器投入后，u1仍小于524kv，则参照步骤6第(7)条进行控制；欠电压恢复后，优先判断已投入交流滤波器是否满足间隔时间要求，若满足，则切除该交流滤波器；若不满足，参照步骤6第(7)条进行控制；
[0068]
(9)当u1＜500kv时，优先判断并联电容器裕量n
_sc
是否为1，若为1，启动并联电容器调压，投入参与裕量调压的并联电容器，若为0或者当并联电容器投入后，u1仍小于524kv，则参照步骤6第(8)条进行控制；欠电压恢复后，优先判断已投入并联电容器是否满足间隔时间要求，若满足，则切除该并联电容器；若不满足，参照步骤6第(8)条进行控制。
[0069]
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。