±800 kV酒泉—湖南特高壓直流工程無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方案

鄒欣，蔣維勇，李亞男

(國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市 102209)

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±800 kV酒泉—湖南特高壓直流工程無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方案

鄒欣，蔣維勇，李亞男

(國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市 102209)

±800 kV酒泉—湖南特高壓直流工程將大規(guī)模的風(fēng)電功率送到具有典型輸入電源特征的湖南電網(wǎng)，因此，無(wú)功補(bǔ)償配置不僅需要考慮直流系統(tǒng)的無(wú)功需求，還應(yīng)針對(duì)該工程送受端接入的交流電網(wǎng)無(wú)功電壓支撐能力較弱的問(wèn)題通過(guò)合理加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)化無(wú)功配置。結(jié)合酒泉換流站接入的交流電網(wǎng)有大規(guī)模風(fēng)電的特性，提出了在換流站站用變低壓側(cè)加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器(static var compensator，SVC)無(wú)功補(bǔ)償方案，并確定加裝SVC后換流站的小組濾波器容量。針對(duì)湖南換流站接入的交流系統(tǒng)面臨的低電壓風(fēng)險(xiǎn)，在湖南換流站站用變低壓側(cè)配置靜止同步補(bǔ)償器(static synchronous compensator, STATCOM)，并優(yōu)化配置相應(yīng)的小組濾波器容量。經(jīng)分析和校核，在換流站配置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，能夠提高換流站近區(qū)交流電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，減小濾波器投切帶來(lái)的換流母線電壓波動(dòng)，并降低設(shè)備投資。

最大無(wú)功消耗；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置；低壓無(wú)功補(bǔ)償；無(wú)功平衡；無(wú)功配置方案

0 引 言

±800 kV酒泉—湖南特高壓直流工程起點(diǎn)為甘肅酒泉橋?yàn)硴Q流站，終點(diǎn)為湖南湘潭換流站。本工程有利于充分利用甘肅豐富的風(fēng)能和煤炭資源，有序引導(dǎo)酒泉能源基地的合理開(kāi)發(fā)，滿足酒泉大規(guī)模風(fēng)電、煤電的送出需要[1-4]，同時(shí)，將清潔、可再生能源送入湖南，緩解湖南電力供需矛盾。

無(wú)功補(bǔ)償與配置是直流換流站設(shè)計(jì)中的重要組成部分，主要研究換流站無(wú)功平衡、無(wú)功補(bǔ)償容量、無(wú)功分組配置等[5]，涉及無(wú)功需求計(jì)算、無(wú)功平衡原則、濾波器小組投切波動(dòng)等，最終確定換流站整體無(wú)功配置方案。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司已投運(yùn)4條±800 kV特高壓直流輸電工程，分別為向家壩—上海、錦屏—蘇南、哈密—鄭州、溪洛渡—浙西特高壓直流工程。綜合考慮設(shè)備制造、投資、交流系統(tǒng)條件、換流站無(wú)功平衡方式等因素確定了換流站合理的無(wú)功補(bǔ)償方案[6-7]。

與已投運(yùn)的±800 kV特高壓直流工程相比，酒泉—湖南工程具有送端采用風(fēng)火打捆的電源組織形式以及受端交流系統(tǒng)強(qiáng)度弱的特點(diǎn)[8-9]，因此，換流站送受端接入交流系統(tǒng)面臨著無(wú)功支撐能力弱，電壓穩(wěn)定裕度低的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的直流工程中，國(guó)家電網(wǎng)的青藏直流聯(lián)網(wǎng)直流工程和中俄聯(lián)網(wǎng)背靠背直流工程，以及南方電網(wǎng)的云廣直流工程安裝了靜止無(wú)功補(bǔ)償器(static var compensator，SVC)用于抑制濾波器投切時(shí)換流母線的暫態(tài)電壓波動(dòng)，提高交流系統(tǒng)暫態(tài)故障恢復(fù)能力；南方電網(wǎng)在交流系統(tǒng)中大規(guī)模使用靜止同步補(bǔ)償器(static synchronous compensator, STATCOM)給系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。

本文結(jié)合以往特高壓直流工程無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)驗(yàn)，分析動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的特點(diǎn)，并針對(duì)酒泉—湖南工程送受端接入交流系統(tǒng)條件，選擇合適的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備類型和容量，對(duì)換流站的無(wú)功補(bǔ)償與配置進(jìn)行了優(yōu)化。

1 工程概況

1.1 直流系統(tǒng)輸送能力

酒泉—湖南特高壓直流輸電系統(tǒng)包括2個(gè)完整單極，每個(gè)完整單極每端由2個(gè)電壓相等的12脈動(dòng)換流器串聯(lián)組成，采用單相雙繞組換流變壓器。額定輸送功率為雙極8 GW、單極4 GW。

1.2 交流接入系統(tǒng)

兩端換流站接入交流系統(tǒng)的電壓如表1所示。

表1 兩端換流站接入交流系統(tǒng)電壓

Table 1 AC system voltage connected to converter station

酒泉換流站近區(qū)配置4 GW火電，常樂(lè)電廠配置4臺(tái)660 MW機(jī)組、柳園電廠配置2臺(tái)660 MW機(jī)組，2個(gè)電廠分別以2回750 kV線路接入酒泉換流站。酒泉換流站通過(guò)3回750 kV線路接入750 kV橋?yàn)匙冸娬?。酒泉換流站接入系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 酒泉換流站接入系統(tǒng)

受端湘潭換流站接入系統(tǒng)如圖2所示。湘潭換流站出線7回，本期一次建成，其中2回至鶴齡、2回至云田、2回至株南、1回至船山。

交流系統(tǒng)無(wú)功提供能力和短路電流如表2所示。

表2 交流系統(tǒng)無(wú)功提供能力及交流系統(tǒng)短路電流

Table 2 Reactive power provided by AC system and short-circuit current of AC system

2 換流站無(wú)功平衡和補(bǔ)償原則

以Q/GDW 146—2014《高壓直流換流站無(wú)功補(bǔ)償與配置技術(shù)導(dǎo)則》和DL/T 5426—2009《±800 kV高壓直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)規(guī)程》為設(shè)計(jì)依據(jù)，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備分組容量應(yīng)綜合考慮無(wú)功補(bǔ)償總量、投切影響、無(wú)功平衡、電壓控制、濾波要求和設(shè)備布置等要求進(jìn)行優(yōu)化[10-12]。

2.1 無(wú)功小組容量的確定原則

(1)任何無(wú)功小組的投切都不應(yīng)引起換相失敗。

(2)任何無(wú)功小組的投切都不應(yīng)改變直流控制模式或直流輸送功率水平。

(3)無(wú)功小組容量必須滿足系統(tǒng)暫態(tài)電壓波動(dòng)及穩(wěn)態(tài)電壓波動(dòng)的要求：

1)投切無(wú)功小組引起的換流母線暫態(tài)電壓波動(dòng)應(yīng)不大于2%。

2)投切無(wú)功小組引起的換流母線電壓穩(wěn)態(tài)電壓波動(dòng)不宜大于1%，同時(shí)，為防止無(wú)功小組投切引起的換流變壓器分接開(kāi)關(guān)頻繁波動(dòng)，投切無(wú)功小組引起的換流母線電壓穩(wěn)態(tài)電壓波動(dòng)也不宜大于換流變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)每級(jí)步長(zhǎng)電壓的75%。

3)當(dāng)無(wú)功小組未連接到換流母線時(shí)，小組的投切除應(yīng)滿足1)、2)外，還應(yīng)該不影響與其共母線的其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

(4)換流站所有同類型的交流濾波器應(yīng)具有同樣的額定容量；換流站所有并聯(lián)電容器應(yīng)具有同樣的額定容量；換流站同一電壓等級(jí)母線上的多個(gè)并聯(lián)電抗器應(yīng)有同樣的額定容量。

2.2 無(wú)功大組容量的確定原則

(1)切除無(wú)功大組是一種非正常操作，無(wú)功大組切除不應(yīng)作為無(wú)功控制功能，只能作為保護(hù)功能。

(2)任意一個(gè)無(wú)功大組因斷路器誤動(dòng)或保護(hù)動(dòng)作切除，都不應(yīng)引起直流單極或雙極閉鎖。為避免在此情況下絕對(duì)最小濾波器組不滿足，可以采取降低直流輸送功率的措施。

(3)切除無(wú)功大組引起的換流母線暫態(tài)電壓變化率不宜大于6%。無(wú)功大組斷路器容性電流遮斷能力應(yīng)滿足無(wú)功大組中所有容性無(wú)功小組均投入時(shí)的容性電流遮斷要求。

(4)無(wú)功大組數(shù)量至少應(yīng)為2組，一般為3～5組。

(5)無(wú)功大組的容量還應(yīng)綜合換流站布置、直流系統(tǒng)可靠性等因素確定。

3 換流站無(wú)功配置方案

3.1 換流站最大無(wú)功消耗

在換流母線正常交流電壓下，酒泉換流站換流變短路阻抗取23%，湘潭換流站短路阻抗取18%。額定運(yùn)行工況下的換流站無(wú)功消耗和計(jì)及一定的換流變制造公差以及直流電壓、觸發(fā)角、熄弧角的測(cè)量公差，得到換流站最大無(wú)功消耗如表3所示。

酒泉換流站最大無(wú)功消耗為5 240 Mvar，湘潭換流站最大無(wú)功消耗為4 470 Mvar。

換流站站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)滿足下式要求：

表3 換流站額定無(wú)功消耗及其最大無(wú)功消耗

Table 3 Rating and maximum reactive power consumption of converter station

(1)式中：Qtotal為在正常電壓下交流濾波器和并聯(lián)電容器(根據(jù)需要可能計(jì)及低壓電容器)所提供的總無(wú)功；Qac為在決定無(wú)功供給設(shè)備容量時(shí)所假設(shè)的交流系統(tǒng)無(wú)功需求，負(fù)值表示交流系統(tǒng)提供的無(wú)功；Qdc為在決定無(wú)功供給設(shè)備時(shí)所假設(shè)的直流換流設(shè)備的無(wú)功需求；U為標(biāo)么值設(shè)計(jì)電壓，取值為1.0；Qsb為在正常電壓下由最大的交流濾波器分組或并聯(lián)電容器分組所提供的無(wú)功；N為備用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備組數(shù)，取值為1[13]。

3.2 酒泉換流站無(wú)功分組

當(dāng)酒泉換流站配套火電為4 000 MW時(shí)，接入系統(tǒng)可提供680 Mvar的無(wú)功功率，因此，補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功總量應(yīng)不小于4 560 Mvar加上一小組濾波器的容量(作為備用)。

當(dāng)酒泉站附近配套電源僅2 000 MW時(shí)，則不考慮交流系統(tǒng)的無(wú)功提供能力。

由于酒泉站接入750 kV交流系統(tǒng)，且換流變分接頭一個(gè)檔位按照0.86%設(shè)計(jì)，因此，考慮到投切小組濾波器不引起換流變分接頭動(dòng)作的前提，投切小組濾波器引起的換流母線電壓波動(dòng)不應(yīng)超過(guò)0.65%。

3.2.1 不考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償時(shí)無(wú)功配置方案

考慮最大無(wú)功消耗和一小組濾波器備用，配置13臺(tái)190 Mvar的交流濾波器和12臺(tái)240 Mvar的并聯(lián)電容器，共提供5 350 Mvar無(wú)功。

基于2015年夏小方式，直流功率800 MW下，換流站近區(qū)僅開(kāi)1臺(tái)機(jī)，投切190 Mvar的無(wú)功，換流母線電壓波動(dòng)如表4所示。

基于2015年夏小方式，直流4 000 MW功率下，換流站近區(qū)僅開(kāi)1臺(tái)機(jī)，投切240 Mvar的無(wú)功，換流母線電壓波動(dòng)如表5所示。

表4 切除小組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (直流功率800 MW, 投切無(wú)功功率190 Mvar)

Table 4 Voltage fluctuation of commutation bus without filter (active power is 8 000 MW, switching reactive power is 190 Mvar)

表5 切除小組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (直流功率4 000 MW, 投切無(wú)功功率240 Mvar)

酒泉換流站交流濾波器如果分為4大組，大組分組容量達(dá)到1 480 Mvar。在全接線運(yùn)行方式下，切除大組濾波器后暫態(tài)電壓波動(dòng)為5.9%。在橋?yàn)?敦煌2回線檢修情況下，切除大組濾波器后暫態(tài)電壓波動(dòng)達(dá)到7.45%。大組投切帶來(lái)的換流母線電壓波動(dòng)超標(biāo)。

此配置方案共需要25小組濾波器，且需要站用變低壓側(cè)配置2臺(tái)60 Mvar的低容，才可滿足最大無(wú)功消耗需求。由于750 kV交流開(kāi)關(guān)價(jià)格較高且電氣安全距離大，該方案換流站占地較大，經(jīng)濟(jì)性差。

3.2.2 考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償時(shí)無(wú)功配置方案

大規(guī)模風(fēng)電將通過(guò)酒泉—湖南直流外送，因此，酒泉換流站的電壓穩(wěn)定問(wèn)題直接影響直流的安全穩(wěn)定運(yùn)行。SVC作為一種被廣泛應(yīng)用的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，具有成本造價(jià)低、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)[14-16]，在黑河背靠背換流站、拉薩換流站應(yīng)用，很好地實(shí)現(xiàn)了換流站與交流系統(tǒng)無(wú)功交換控制，在滿足電壓波動(dòng)要求的前提下提高了無(wú)功小組容量。因此，考慮在酒泉換流站送端加裝SVC用于換流母線電壓控制，提高送端電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，優(yōu)化原有的無(wú)功配置方案。

SVC由晶閘管控制電抗器(thyristor controlled reactor, TCR)和晶閘管投切電容器(thyristor switched capacitor, TSC)或固定電容器(fixed capacitor, FC)組合而成，可以連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)出和吸收無(wú)功功率。TCR是連續(xù)可調(diào)節(jié)無(wú)功元件，在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，因此，需要安裝FC濾除TCR產(chǎn)生的諧波，F(xiàn)C同時(shí)兼有提供無(wú)功的作用。SVC一般有定電壓控制和定無(wú)功控制2種控制策略，本文采用的是定電壓控制。定電壓控制策略中，被控量為換流母線電壓，SVC控制系統(tǒng)通過(guò)換流母線電壓測(cè)量值與給定值之間的誤差信號(hào)，利用PI控制器，產(chǎn)生SVC等值電納的輸出信號(hào)，從而調(diào)節(jié)TCR晶閘管的觸發(fā)滯后角，達(dá)到調(diào)整SVC無(wú)功輸出量和換流母線電壓的功能。

酒泉換流站設(shè)置2臺(tái)360 MVA站用變壓器。每臺(tái)站用變下各設(shè)置1組TCR，容量120 Mvar。為滿足SVC正常運(yùn)行的濾波要求，在站用變下各設(shè)置2組交流濾波器(型式根據(jù)SVC濾波器設(shè)計(jì)確定)，容量暫定60 Mvar(容性)。這樣，SVC的無(wú)功出力范圍為0～120 Mvar容性無(wú)功提供能力。

考慮直流小方式下的無(wú)功平衡，在換流站每臺(tái)站用變下各設(shè)置2組低壓電抗器，容量9 0 Mvar。每臺(tái)站用變下還可各設(shè)置1組低壓電容器，容量120 Mvar，用于換流站無(wú)功平衡。這樣，整個(gè)SVC的無(wú)功出力范圍為-180～240 Mvar，即180 Mvar感性無(wú)功和240 Mvar容性無(wú)功提供能力。SVC的示意圖如圖3所示。

圖3 SVC結(jié)構(gòu)示意圖

基于2015年夏小方式，直流功率800 MW下，換流站近區(qū)僅開(kāi)1臺(tái)機(jī)，換流站1組120 Mvar的SVC運(yùn)行，另1組檢修，校核SVC抑制濾波器投切時(shí)換流母線電壓波動(dòng)。投切245 Mvar的無(wú)功，換流母線電壓波動(dòng)如表6所示。系統(tǒng)全接線情況下，切除濾波器后，SVC發(fā)出53 Mvar無(wú)功。

基于2015年夏小方式，直流4 000 MW功率下，換流站近區(qū)僅開(kāi)1臺(tái)機(jī)，1組SVC投運(yùn)，另一組檢修。則無(wú)功分組為305 Mvar時(shí)，電壓波動(dòng)如表7所示。系統(tǒng)全接線情況下，切除濾波器后，SVC發(fā)出56 Mvar無(wú)功。

表6 切除小組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (直流功率800 MW, 投切無(wú)功功率245 Mvar)

Table 6 Voltage fluctuation of commutation bus without filter(active power is 800 MW, switching reactive power is 245 Mvar)

表7 切除小組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (直流功率 4 000 MW， 投切無(wú)功功率305 Mvar)

從以上結(jié)果以看出，酒泉站配置2臺(tái)SVC后，小組濾波器的容量可以分別提升至245 Mvar和305 Mvar，此時(shí)，配置20小組即可滿足無(wú)功補(bǔ)償容量的要求(其中包括11臺(tái)245 Mvar的濾波器和9臺(tái)305 Mvar的并聯(lián)電容器)，比不加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可少配置5組。

如果進(jìn)一步考慮換流站近區(qū)開(kāi)機(jī)增加至4臺(tái)，則交流系統(tǒng)無(wú)功提供能力為680 Mvar，同時(shí)，小組濾波器的容量可進(jìn)一步分別增至265 Mvar和325 Mvar，此時(shí)，配置16小組即可滿足無(wú)功補(bǔ)償容量的要求(其中包括11臺(tái)265 Mvar的濾波器和5臺(tái)325 Mvar的并聯(lián)電容器)。

將濾波器分成4大組，大組分組容量達(dá)到1 180 Mvar。在全接線運(yùn)行方式下，切除大組濾波器后暫態(tài)電壓波動(dòng)為4.3%。在橋?yàn)场鼗?回線檢修情況下，切除大組濾波器后暫態(tài)電壓波動(dòng)達(dá)到5.9%。大組投切帶來(lái)的換流母線電壓波動(dòng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

因此，送端換流站采用SVC作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償提高了送端系統(tǒng)無(wú)功電壓支撐能力，減小了濾波器投切的電壓波動(dòng)。

3.2.3 小功率方式下的無(wú)功平衡

小功率方式下，不考慮誤差對(duì)換流器無(wú)功消耗總量偏差的影響。換流器無(wú)功消耗量按觸發(fā)角和直流電壓以及換流變阻抗為額定值考慮，結(jié)果如表8所示。

表8 小功率時(shí)的無(wú)功平衡(酒泉換流站)

Table 8 Reactive power balance at low power mode

直流小功率時(shí)，與系統(tǒng)無(wú)功交換量最大的為直流單極運(yùn)行輸送0.1 pu額定功率運(yùn)行方式，考慮到直流與系統(tǒng)的無(wú)功交換死區(qū)[Qref-210 Mvar，Qref+210 Mvar](Qref為運(yùn)行人員設(shè)定的交換無(wú)功功率參考值，通常取為0)，此時(shí)至少需要配置3臺(tái)90 Mvar的低壓電抗器才能滿足換流站與系統(tǒng)無(wú)功交換要求。

3.3 湘潭換流站無(wú)功分組

由于湘潭換流站交流接入系統(tǒng)無(wú)容性無(wú)功功率提供能力，因此，補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功總量應(yīng)不小于4 470 Mvar加上1個(gè)小組濾波器的容量(作為備用)。

3.3.1 不考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償時(shí)無(wú)功配置方案

考慮最大無(wú)功消耗和1個(gè)小組濾波器備用，配置21臺(tái)230 Mvar的交流濾波器，可滿足最大無(wú)功消耗需求。

基于2015年枯平數(shù)據(jù)，直流輸送功率8 000 Mvar，投切235 Mvar的交流濾波器。開(kāi)機(jī)方式：湘潭電廠開(kāi)機(jī)1臺(tái)、益陽(yáng)二期開(kāi)機(jī)2臺(tái)、華電長(zhǎng)沙開(kāi)機(jī)1臺(tái)、華岳電廠開(kāi)機(jī)2臺(tái)，以上均為600 MW級(jí)機(jī)組。換流母線電壓波動(dòng)如表9所示。

表9 切除小組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (直流功率8 000 MW投切無(wú)功功率235 Mvar)

Table 9 Voltage fluctuation of commutation bus without filter (active power is 8 000 MW, switching reactive power is 235 Mvar)

湘潭換流站交流濾波器如果分為4大組，大組分組容量達(dá)到1 380 Mvar，切除大組濾波器后換流母線電壓波動(dòng)如表10所示。

表10 切除大組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (大部分組容量1 380 Mvar)

Table 10 Voltage fluctuation of commutation bus without filter (capacity of supergroup is 1 380 MW)

該配置方案的小組濾波器組數(shù)較多，且大組濾波器切除的電壓波動(dòng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3.2 考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償時(shí)無(wú)功配置方案

湘潭換流站近區(qū)負(fù)荷較重、動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力較差、電網(wǎng)主要面臨低電壓?jiǎn)栴}，因此考慮在換流站近區(qū)增加STATCOM[17]。

STATCOM通常是通過(guò)連接電抗器接入電網(wǎng)，也可以直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過(guò)控制橋臂功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)交流側(cè)的電壓向量，從而直接或者間接控制輸出的交流電流幅值或相位，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。隨著大規(guī)模電力電子器件的發(fā)展，大容量的STATCOM一般采用可關(guān)斷器件(IGBT或IEGT)構(gòu)成半橋或全橋的模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)結(jié)構(gòu)。

在考慮配置2組120 Mvar的STATCOM后，核算滿足濾波器投切后換流母線電壓波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的小組濾波器最大容量。系統(tǒng)運(yùn)行及開(kāi)機(jī)方式與上節(jié)相同，考慮1臺(tái)STATCOM檢修，投切濾波器導(dǎo)致的換流母線電壓波動(dòng)如表11所示。

表11 切除小組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (配置2組120 Mvar STATCOM)

Table 11 Voltage fluctuation of commutation bus without filter(with 2 groups of STATCOM of 120 Mvar)

從表11中可以看出，湘潭站配置2臺(tái)STATCOM后，小組濾波器的容量可以提升至260 Mvar，此時(shí)，配置19小組即可滿足無(wú)功補(bǔ)償容量的要求，比不加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可少配置2組。

同樣采用將濾波器分成4大組的方案，大組分組容量達(dá)到1 300 Mvar，切除大組濾波器后換流母線電壓波動(dòng)如表12所示。全接線情況下，切除大組濾波器后，STATCOM無(wú)功出力為94 Mvar；換流站至鶴齡1回線檢修時(shí)，切除大組濾波器后，STATCOM無(wú)功出力為98 Mvar。

表12 切除大組濾波器后換流母線電壓波動(dòng) (大組分組容量1 300 Mvar)

Table 12 Voltage fluctuation of commutation bus without filter (capacity of supergroup is 1 300 MW)

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，大組容量不超過(guò)1.3 Gvar時(shí)，投切大組產(chǎn)生的換流母線暫態(tài)電壓波動(dòng)不超過(guò)6%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3.3 小功率方式下的無(wú)功平衡

小功率方式下，不考慮誤差對(duì)換流器無(wú)功消耗總量偏差的影響。換流器無(wú)功消耗量按觸發(fā)角和直流電壓以及換流變阻抗為額定值考慮，結(jié)果如表13所示。

表13 小功率時(shí)的無(wú)功平衡(湘潭換流站)

Table 13 Reactive power balance at low power mode

直流小功率時(shí)，與系統(tǒng)無(wú)功交換量最大的為直流單極運(yùn)行輸送0.1 pu額定功率運(yùn)行方式，考慮到直流與系統(tǒng)的無(wú)功交換死區(qū)[Qref-215 Mvar，Qref+215 Mvar](Qref為運(yùn)行人員設(shè)定的交換無(wú)功功率參考值，通常取為0)，此時(shí)至少需要配置3臺(tái)60 Mvar的低壓電抗器才能滿足換流站與系統(tǒng)無(wú)功交換要求。

當(dāng)配置STATCOM時(shí)，考慮1組備用，當(dāng)投入2組濾波器后，STATCOM會(huì)增加約25 Mvar×2的感性無(wú)功出力，因此可以配置2組供直流小方式下無(wú)功平衡用低壓電抗器。

4 結(jié) 論

(1)酒泉換流站配置11臺(tái)265 Mvar的濾波器和5臺(tái)325 Mvar的并聯(lián)電容器，同時(shí)，在站用變66 kV低壓側(cè)配置2臺(tái)120 Mvar的SVC。每臺(tái)站用變下各設(shè)置2組90 Mvar的低壓電抗器用于小方式下的無(wú)功平衡，設(shè)置1組120 Mvar的低壓電容器用于換流站無(wú)功平衡。

(2)湖南換流站配置19組260 Mvar的交流濾波器。同時(shí)，配置2組120 Mvar的STATCOM。臺(tái)站用變下各設(shè)置1組60 Mvar的低壓電抗器用于小方式下的無(wú)功平衡。

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(編輯： 蔣毅恒)

Reactive Power Configuration Scheme of ±800 kV Jiuquan-Hunan UHVDC Project

ZOU Xin，JIANG Weiyong，LI Yanan

(State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)

±800 kV Jiuquan-Hunan UHVDC project sends large scale wind power to Hunan power system which is depending on the outside power source. Thus its reactive power compensation configurations not only need to consider the reactive power requirements of the DC system, but also should be optimized through equipped with reasonable dynamic reactive power compensation devices, according to weak reactive voltage supporting ability of AC grid in transmitter/receiver system. Because the AC grid connected to Jiuquan had large-scale wind power, the reactive power configuration scheme was proposed, in which static var compensator (SVC) was applied in the low-voltage side of substation-used transformer in converter station, and the filter capacity of converter station with SVC was determined. Aiming at low voltage risk of AC system connected to Hunan converter station, static synchronous compensator (STATCOM) was applied in the low-voltage side of substation-used transformer in Hunan converter station, the corresponding filter capacity was optimized and configured. Based on the calculation and analysis, it can be concluded that the dynamic reactive power compensation device applied in converter station can improve the voltage stability of the connecting AC system nearby converter station, reduce the voltage fluctuation of the converter bus caused by filter switching, and decrease the device investment.

maximum reactive power consumption; dynamic reactive power compensation device; low voltage reactive power compensation; reactive power balance; reactive power configuration scheme

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(SGCC[2012]515)。

TM 73

A

1000-7229(2015)09-0043-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.09.007

2015-05-25

2015-07-25

鄒欣(1981)，女，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，主要從事高壓直流輸電技術(shù)、交直流系統(tǒng)分析等方面的研究工作；

蔣維勇(1979)，男，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化以及動(dòng)態(tài)安全分析方面的研究；

李亞男(1971)，女，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娤到y(tǒng)技術(shù)。