CN105281338B - 一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法，其方法是：在换流站的交、直流连接处的交流母线上配置三相电压互感器，把所述三相电压互感器的二次侧三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据，通过控制电缆将所述电压引接至直流控制保护系统的无功控制单元、形成无功控制单元的三相交流电压采样信号，然后由无功控制单元将所采集的三相交流电压采样信号做逻辑运算，作为无功控制逻辑判据，再由无功控制单元输出并执行无功控制逻辑以控制无功设备的投切，实现无功控制系统依据交流系统三相电压进行补偿无功电力，确保整个直流输电系统的稳定运行。本发明可有效解决现有换流站工程中无功控制电压测点配置繁杂、成本高、可靠性及安全性差的问题。

Description

一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法及结构

技术领域

本发明涉及一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法及结构。适用于换流站无功控制。属于高压直流输电系统工程技术领域。

背景技术

在“西电东送，南北互供，全国联网”能源发展战略实施过程中，高压直流输电技术体现了其优越性并被广泛采用。在高压直流输电系统中，直流换流器要消耗大量的无功电力，使得所连接的交流系统无法靠自身来供给无功电力并将电压维持在正常范围。大多数直流换流器都是通过装设无功补偿设备来满足无功需求，与此同时，无功补偿设备还必须消耗多余无功以防止持续的高电压损坏换流站设备。因此，精确的无功控制对于整个直流输电系统的稳定运行来说至关重要。

换流站控制保护系统中，无功控制系统功能是直流输电系统中保证功率正常输送、电压稳定的重要手段，控制输入是无功功率和交流母线电压，控制目的是纠正实际电压和设定值的暂时偏差。而无功控制作为直流系统和交流系统连接处的交流电压的控制手段，其控制判据也是交直流系统连接处的交流电压值，其稳定程度也直接衡量无功控制对整个直流输电系统的影响效果。

现有技术中，现阶段直流输电工程通常采用交直合建方案，且交直流系统连接处交流母线配置单相电压互感器(例如：A相)，而无功控制系统用电压为交直流系统连接处单相交流母线电压值，存在如下问题：(1)在单相电压波动或系统受到轻微扰动的暂态过程中可能导致无功控制系统误动或拒动，进而造成交流过压、换相失败以及破坏整个直流输电系统的稳定运行。(2)单相电压越限报警，无功控制禁止投入滤波器/电容器，无法实现无功控制功能，进而影响整个直流输电系统的稳定运行。(2)对三相交流母线，需要配置三个单相电压互感器，电压测点配置结构复杂、成本高、可靠性及安全性差。

发明内容

本发明的目的之一是，为了解决现有单相电压波动或系统受到轻微扰动的暂态过程中可能导致无功控制系统误动或拒动，进而造成交流过压、换相失败以及破坏整个直流输电系统的稳定运行及无功控制电压测点配置结构复杂、成本高、可靠性及安全性差的问题，提供一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法。

本发明的目的之二是，提供一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构。

本发明的目的之一可以通过以下技术方案实现：

一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法，其特征在于：在换流站的交、直流连接处的交流母线上配置三相电压互感器，把所述三相电压互感器的三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据的采样电压，通过控制电缆将所述采样电压引接至直流控制保护系统的无功控制单元、形成无功控制单元的三相交流电压采样信号，然后由无功控制单元将所采集的三相交流电压采样信号做逻辑运算，形成无功控制逻辑判据，再由无功控制单元输出并执行无功控制逻辑以控制无功设备的投切，形成三相交流母线电压的交流判据采样电路结构，实现无功控制系统以三相电压为判据进行无功电力补偿与切除，确保整个直流输电系统的稳定运行。

本发明的目的之一还可以通过以下技术方案实现：

进一步地，所述控制无功设备的投切，是指：当电压超过最大限幅的设定时间时，无功控制按次序切除滤波器组以防止电压的继续升高；当电压低于最低限幅的设定时间，无功控制将按顺序投入滤波器组防止电压的继续降低；当有一组滤波器的投入将引起电压超过最高允许值，最高电压Umax限制功能禁止投入滤波器组的操作；当有一组滤波器的切除将引起电压超过最低允许值，最低电压Umin功能禁止切除滤波器组的操作。

进一步地，所述最高电压Umax限制功能，是通过切除滤波器组，最高电压Umax功能维持稳态交流电压在过压保护动作的水平以下，避免保护的频繁动作；最低电压Umin限制功能，是在交流母线稳态电压过低时，最低电压Umin功能将命令投入滤波器组，以支持交流电压的恢复。

本发明的目的之二可以通过以下技术方案实现：

一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构，包括换流站的交流母线和直流控制保护系统的无功控制单元,其结构特点在于：在换流站的交、直流连接处交流母线处设置三相电压互感器，所述的三相电压互感器的电压输入端与交流母线连接、电压输出端连接控制电缆的输入端，控制电缆的输出端连接直流控制保护系统的无功控制单元的电压采样输入端，形成无功控制单元的三相交流电压采样回路；三相电压互感器的三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据，形成三相交流母线电压采样的电路结构。

本发明的目的之二可以通过以下技术方案实现：

进一步地，三相电压互感器在换流站的交、直流连接处的连接方式为抗谐振式三相线路连接。

进一步地，三相电压互感器在换流站的交、直流连接处交流母线的连接方式为并联连接。

进一步地，无功控制单元的采样电压线路通过PT接口屏连接于PT端子箱接入端，再由PT端子箱接出端连接于PT接线盒，在PT接线盒的二次绕组线路接出至交流母线。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明在换流站的交、直流连接处的交流母线上配置三相电压互感器，把所述三相电压互感器的三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据的采样电压，通过控制电缆将所述采样电压引接至直流控制保护系统的无功控制单元，然后由无功控制单元将所采集的三相交流电压采样信号做逻辑运算，形成无功控制逻辑，再由无功控制单元输出并执行无功控制逻辑以控制无功设备的投切，形成单一电压互感器采样三相交流母线电压的交流判据采样电路结构，实现无功控制系统依据三相电压进行控制补偿直流输电系统的无功电力，确保整个直流输电系统的稳定运行；因此，能够解决现有换流站工程中无功控制电压测点配置繁杂、成本高、可靠性及安全性差的问题，具有减少投资成本，优化二次回路接线、提高直流输电系统运行的稳定性，保证送电质量的效果，以及可减少换流站控制保护系统中电压回路及相应软硬件配置数量，简化了控制保护系统的软硬件配置，方便运行维护，并可提高了电压无功控制系统计算精度，简化了电压判据的计算逻辑。

2、本发明通过与利用换流站交流交流母线上设置单相电压互感器，无功控制单元通过采集单相母线电压作为电压无功控制系统功能的电压判据相比，交流母线上设有三相电压互感器，电压无功控制系统通过控制电缆与三相电压互感器二次侧绕组相接，电压无功控制系统通过采集交流母线的三相电压作为无功控制判据。可提高无功控制功能响应的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的三相电压互感器在交流母线上的连接原理图。

图2为三相电压互感器的连接示意图。

图3为三相电压互感器在交流母线上的连接结构示意图。

图4为三相电压互感器连接在交流母线上的电气原理图。

图5为三相电压互感器在交流母线上的连接处结构示意图。

图6为无功控制电气原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施例1：

参照图1至图6，本实施例涉及的换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构，包括换流站的交流母线1和直流控制保护系统的无功控制单元2,在换流站的交、直流连接处设置三相电压互感器3，所述的三相电压互感器3的电压输入端与交流母线1连接、电压输出端连接控制电缆4的输入端，控制电缆4的输出端连接直流控制保护系统的无功控制单元的电压采样输入端，形成无功控制单元的三相交流电压采样信号回路；三相电压互感器的三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据的采样电压，形成三相交流母线电压采样电路结构。具体是形成单一电压互感器采样三相交流母线电压的交流判据采样电路结构。

本实施例中：

三相电压互感器3在换流站的交、直流连接处的连接方式为抗谐振式三相线路连接。

无功控制单元2的采样电压线路通过PT接口屏5连接于PT端子箱6接入端，再由PT端子箱6接出端连接于PT接线盒7，在PT接线盒7的二次绕组线路接出至交流母线1。

本实施例涉及的换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法，其特征在于：在换流站的交、直流连接处的交流母线上配置三相电压互感器，把所述三相电压互感器的三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据的采样电压，通过控制电缆将所述采样电压引接至直流控制保护系统的无功控制单元、形成无功控制单元的三相交流电压采样信号，然后由无功控制单元将所采集的三相交流电压采样信号做逻辑运算，形成无功控制逻辑，再由无功控制单元输出并执行无功控制逻辑以控制无功设备的投切，形成三相交流母线电压的交流判据采样电路结构，实现无功控制系统依据三相电压进行控制补偿无功电力，确保整个直流输电系统的稳定运行。

进一步地，所述控制无功设备的投切，是指：当电压超过最大限幅的设定时间时，无功控制按次序切除滤波器组以防止电压的继续升高；当电压低于最低限幅的设定时间，无功控制将按顺序投入滤波器组防止电压的继续降低；当有一组滤波器的投入将引起电压超过最高允许值，最高电压Umax限制功能禁止投入滤波器组的操作；当有一组滤波器的切除将引起电压超过最低允许值，最低电压Umin功能禁止切除滤波器组的操作。

进一步地，所述最高电压Umax限制功能，是通过切除滤波器组，最高电压Umax功能维持稳态交流电压在过压保护动作的水平以下，避免保护的频繁动作；最低电压Umin限制功能，是在交流母线稳态电压过低时，最低电压Umin功能将命令投入滤波器组，以支持交流电压的恢复。

实施方法中，

所述换流站与交流系统的交换无功计算表达式如下：

Qexp＝Qconv－Qfilter

表达式中：Qexp为换流站与交流系统交换无功；

Qconv为换流阀消耗无功；

Qfilter为交流滤波器补偿无功。

所述小组交流滤波器提供的无功计算表达式：

Q’filter＝Qfilter_norm*f*Uac²/(fnorm*Uac_norm²)

表达式中：Q’filter为小组交流滤波器补偿的无功；

Qfilter_norm为小组交流滤波器的额定容量；

Fnorm为交流系统额定频率；

Uac_norm为交流电压额定值。

所述每个极的无功消耗通过以下表达式进行计算：

Qconv＝2*Id*Udi0*[2μ+sin2α-sin2(α+μ)]/[cosα-cos(α+μ)]

表达式中：Qconv为换流阀消耗无功；

Id为直流电流；

Udi0为换流阀空载电压；

α：换流阀触发角；

μ：换相叠弧角；

算出每极的无功消耗后，在直流控制保护系统无功控制单元中对所有运行极的无功消耗进行加总，得到换流阀总的无功消耗。

所述无功控制单元按优先级决定滤波器的投切的方式有：

(1)Umax/min：最高/最低电压限制，监视交流母线的稳态电压，避免稳态过电压或交流电压过低；

(2)Abs Min Filer：绝对最小滤波器容量限制，为防止滤波设备过负荷而必需投入的滤波器组数；

(3)Min Filter：最小滤波器容量要求，为满足滤除谐波需求而投入的滤波器组数；

(4)Q control/U control：无功交换控制/电压控制(可切换)，控制换流站和交流系统的无功交换量或换流站交流母线电压在设定的范围内。

所述最高/最低电压(Umax/min)限制，通过切除滤波器组，Umax功能维持稳态交流电压在过压保护动作的水平以下，避免保护的频繁动作，而在交流母线稳态电压过低时，Umin功能将命令投入滤波器组，以支持交流电压的恢复。当电压超过最大限幅一定时间时，无功控制按次序切除滤波器组防止电压的继续升高；当电压低于最低限幅一段时间，无功控制将按一定顺序投入滤波器组防止电压的继续降低；当有一组滤波器的投入将引起电压超过最高允许值，那么最高电压(Umax)限制功能将禁止投入滤波器组的操作；同理，当有一组滤波器的切除将引起电压超过最低允许值，那么最低电压(Umin)功能将禁止切除滤波器组的操作。

所述搜集直流系统的运行参数通过在换流站交直流系统连接处交流母线上装设单相电压互感器，无功控制单元通过采集单相交流母线电压作为电压无功控制系统功能的电压判据。

具体实施例2：

本实施例的特点是：三相电压互感器3在换流站的交、直流连接处交流母线上的连接方式为并联连接。其余同具体实施例1。

本发明根据直流系统的运行模式和工况计算全站的无功消耗，通过直流控制保护系统控制所有无功设备的投切；在保证直流与交流系统的无功交换在允许范围之内或者交流母线电压在安全运行范围之内，保证交流滤波器设备的安全以及控制交流系统的谐波影响，直流控制保护系统中的无功控制功能通过搜集直流系统的运行参数；再依据总的无功消耗情况进行交流滤波器的投切；直流控制保护系统的无功控制单元根据已投入滤波器的组数及各滤波器的无功实际输出计算得到全站交流滤波器输出无功；利用无功控制单元按优先级决定滤波器的投切，实现无功电力补偿或限制功能，形成电压无功控制系统控制方法。由此可更好地保证电压无功控制系统稳定性和安全性，更好地避免受到轻微扰动的暂态过程中可能导致电压无功控制系统误动，进而造成交流过压，换相失败以及破坏整个直流输电系统的稳定运行。

本发明在应用中，具有以下特点：

1、合理配置换流站交直流系统连接处交流母线电压互感器数量。

在交直流系统连接处交流母线上装设三相交流电压互感器，在保证电压计算准确性的基础上可有效的减少三相交流电压互感器装设数量以及相应的电缆敷设数量，从而减少投资成本；并可提高电压计算及电压无功控制系统的准确性，避免无功控制电压判据计算失准、系统误动/据动的风险，提高电压无功控制系统逻辑计算判据的可靠性和准确性，进而提高了直流输电系统的稳定可靠性。

2、改善了交流母线电压互感器的配置方式，提高了电压无功控制系统电压判据采样的准确性。

在换流站交直流系统连接处交流母线配置三相交流互感器，无功控制系统通过采集三相交流母线电压作为无功控制电压判据。可有效的提高电压采样值的准确性，简化了其无功控制用电压判据的逻辑计算。从而优化了无功控制对整个直流输电系统的影响效果。

3、减少换流站控制保护系统中电压回路及相应软硬件配置数量，节约了投资成本。

本技术在换流站交直流系统连接处交流母线配置三相交流互感器，应用时，在保证电压无功控制系统可靠性和稳定性的基础上，可避免敷设多个电压回路的控制电缆、减少了电缆的使用量、减少了控制系统需配置的软硬件数量，可有效的降低投资成本。

4、简化控制保护系统繁杂程度，提高运行维护的安全性和方便性。

本技术应用时，在保证电压无功控制系统稳定可靠性的同时，还减少控制保护系统中软硬件的配置，减少二次接线，简化控制保护系统的繁琐复杂程度，有效的提高运行维护的安全性和方便性。

由上述可得,本发明的换流站无功控制用交流电压测点优化结构一方面可保证在换流站工程中电压无功控制系统用交流电压判据的可靠性和准确性；另一方面可降低投资成本，简化系统配置，提高控制保护系统运行维护的方便性，从而应用在换流站工程中具有普遍性、实用性，具有可推广应用的价值。

Claims (7)

1.一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法，其特征在于：在换流站的交、直流连接处的交流母线上配置三相电压互感器，把所述三相电压互感器的二次侧三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据，通过控制电缆将所述电压引接至直流控制保护系统的无功控制单元、形成无功控制单元的三相交流电压采样信号，然后由无功控制单元将所采集的三相交流电压采样信号做逻辑运算，作为无功控制逻辑判据，再由无功控制单元输出并执行无功控制逻辑以控制无功设备的投切，实现无功控制系统依据交流系统三相电压进行补偿无功电力，确保整个直流输电系统的稳定运行。

2.根据权利要求1所述的一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法，其特征在于：所述控制无功设备的投切，是指：当电压超过最大限幅的设定时间时，无功控制按次序切除滤波器组以防止电压的继续升高；当电压低于最低限幅的设定时间，无功控制将按顺序投入滤波器组防止电压的继续降低；当有一组滤波器的投入将引起电压超过最高允许值，最高电压Umax限制功能禁止投入滤波器组的操作；当有一组滤波器的切除将引起电压超过最低允许值，最低电压Umin功能禁止切除滤波器组的操作。

3.根据权利要求2所述的一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置方法，其特征在于：所述最高电压Umax限制功能，是通过切除滤波器组，最高电压Umax功能维持稳态交流电压在过压保护动作的水平以下，避免保护的频繁动作；最低电压Umin限制功能，是在交流母线稳态电压过低时，最低电压Umin功能将命令投入滤波器组，以支持交流电压的恢复。

4.一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构，包括换流站的交流母线(1)和直流控制保护系统的无功控制单元(2),其特征在于：在换流站的交、直流连接处设置三相电压互感器(3)，所述的三相电压互感器(3)的电压输入端与交流母线(1)连接、电压输出端连接控制电缆(4)的输入端，控制电缆(4)的输出端连接直流控制保护系统的无功控制单元的电压采样输入端，形成无功控制单元的三相交流电压采样信号回路；三相电压互感器的三相输出电压作为无功控制系统交流电压判据的采样电压，形成三相交流母线电压采样电路结构。

5.根据权利要求4所述的一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构，其特征在于：三相电压互感器(3)在换流站的交、直流连接处的连接方式为抗谐振式三相线路连接。

6.根据权利要求4所述的一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构，其特征在于：三相电压互感器(3)在换流站的交、直流连接处与交流母线的连接方式为并联连接。

7.根据权利要求4所述的一种换流站无功控制用交流电压测点优化配置结构，其特征在于：无功控制单元(2)的采样电压线路通过PT接口屏(5)连接于PT端子箱(6)接入端，再由PT端子箱(6)接出端连接于PT接线盒(7)，在PT接线盒(7)的二次绕组线路接出至交流母线(1)。

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