±800 kV特高压直流工程功率回降分析

宋慧慧，代海涛，宗凡琪，焦 浩

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

特高压直流输电工程具有输送容量大、输电距离长的优点，缓解了我国中东部经济发达地区的用电需求，直流输电工程发生故障引起功率损失将对送受端电网产生较大的影响。在实际工程运行过程中，造成传输功率损失的不仅有直流闭锁，还有因各种因素限制出现的直流功率回降，了解直流功率回降的触发因素能够促进有效防范与应对直流功率回降。

1 引起功率回降的因素及动作策略

引起功率回降的因素有：无功控制绝对最小滤波器不满足功率回降；功率调制功能命令功率回降；保护请求功率回降；保护请求极平衡引起功率回降；过负荷能力限制功率回降；运行工况过负荷限制功率回降等。

1.1 无功控制功能引起功率回降

无功控制功能引起功率回降，即绝对最小滤波器组数要求不满足请求功率回降，是为了保护交流滤波器，防止交流滤波器因过负荷而损坏［1］。

动作原理：根据绝对最小滤波器配置表，判断当前交流滤波器投入类型和组数是否满足当前功率水平下绝对最小滤波组数要求。若持续30 s不满足，则进行功率回降。

动作策略：当判断出绝对最小滤波器要求不满足持续30 s时，执行功率回降，回降到的功率值为POW_LEVEL_x回滞值 （POW_LEVEL_x为当前功率水平对应的功率区间起始值或临界值），即将功率降到下一个功率区间，判断当前滤波器投入情况是否满足下一个功率区间绝对最小滤波器要求。若绝对最小滤波器持续不满足，则每1 s回降一次。功率回降至当前可用的滤波器可以支撑的最大功率。

1.2 功率调制命令功率回降

功率调制功能命令功率回降包括安控安全控制命令功率回降、频率调制功率回降。

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护设备接收安控安全控制装置发送的功率回降信号和功率回降量，执行功率回降。

动作原理：涉及受端损失发电功率或受端甩负荷故障时，有可能要求迅速增大直流系统的功率，以便改善交流系统性能。反之，对于送端交流损失发电功率或者受端交流系统甩负荷的事故，可能要求自动降低直流输送功率［2］。安控安全控制装置判断出需要直流进行功率提升或回降后，将提升或回降命令发送给直流控制保护设备执行。

动作策略：直流控保接收到安控安全控制功率回降命令，根据两极功率控制方式进行功率分配。

1）两极均为双极功率控制模式，在这种情况下，减小的功率按两极电压比进行分配。

2）一极是极电流控制或极功率控制，一极是双极功率控制时，如果双极功率控制极可以满足回降功率的要求，则仅回降该极功率；如果双极功率控制极由于功率限制等原因不足以满足回降功率的要求，剩余功率由极电流控制或极功率独立控制极承担。

3）双极都是极电流控制或者都是极功率独立控制时，回降的功率按两极电压比进行分配，使不平衡电流不高于功率回降前的水平。

1.2.2 频率调制功率回降

直流输电工程运行中，两端的交流电网可能出现系统的频率偏移，高于或者低于额定值50 Hz。对于频率偏移，系统提供了频率控制功能。该功能根据频率变化情况自动的提升或降低直流输送功率，以保持系统稳定。频率控制功能一般不投入使用。

1.3 保护请求功率回降

保护请求功率回降是指为保护直流设备请求功率降至设备可承受范围，包括换流器过流保护功率回降、接地极引线过负荷保护功率回降、直流开关过流保护功率回降。功率回降时限定的电流值与各保护设备的过负荷能力相配合。请求功率回降保护动作判据及电流限值如表1所示 （以额定电流6 250 A为例）。

1.4 保护请求极平衡引起功率回降

保护请求极平衡引起功率回降有双极中性母线差动保护极平衡、站接地极过流保护极平衡、后备站接地极过流保护极平衡、接地极引线过负荷保护极平衡、接地极引线差动保护极平衡、接地极引线不平衡保护极平衡［3］。

双极运行时，保护才可引发极平衡，收到极平衡动作请求后，将较高电流指令所在极的电流回降至较低电流指令所在极的水平，使两极电流平衡。请求极平衡保护及动作判据如表2所示。

1.5 过负荷能力限制功率回降

过负荷能力限制功率回降，是指系统3 s或2 h或长期过负荷能力限制电流指令，引起功率回降。

根据当前环境温度的条件下，考虑备用冷却设备是否可用，结合系统设计的过负荷水平使用情况，计算得到两个换流器的过负荷能力，对功率／电流指令进行限幅［4］。沂南站系统设计过负荷水平如表3所示。

表1 请求功率回降保护列表

表2 请求极平衡保护列表

表3 系统设计过负荷水平

若超过3 s过负荷能力，3 s过负荷将电流指令限制到7 730 A；3 s过负荷能力结束后，2 h过负荷将电流指令限制到6 607 A；2 h过负荷能力结束后，长期过负荷能力将功率限制为1.0 pu。

1.6 运行工况过负荷限制功率回降

运行工况过负荷限制功率回降，是指运行工况发生变化时，各运行工况的对应的过负荷能力限制电流指令，引起功率回降。

不同运行工况、控制模式对应不同的过负荷限制，当运行工况改变时，对应运行工况过负荷限制改变，可能导致电流限制从而引起功率回降。例如正送降压运行工况下过负荷限制为电流1.0 pu，当全压转降压运行方式时，电流指令有可能超过1.0 pu而被限制到1.0 pu，从而引起功率回降。

功率正送工况出现降压、站间通信异常、逆变侧进入应急电流模式、站内接地极连接时，对应过负荷限制水平为电流1.0 pu。

功率反送工况对应过负荷限制水平为0.5 pu。

2 控保系统功率回降实现方式

功率回降在极控保护系统PCP中实现，主要实现途径为两种，一是直接更新功率指令；二是限制电流指令上限值。如图1所示。

2.1 直接更新功率指令方式

该方式直接在“功率指令升降、暂停、更新”模块直接将功率指令更新为目标值，无功控制功率回降、功率调制功能通过该方式实现功率回降。

2.2 限制电流值上限值

该方式通过取保护请求功率回降、保护请求极平衡、过负荷水平限制、运行工况过负荷限制各种情况电流限值的最小值作为电流指令的上限值，限制电流指令大小。

图1 控保系统功率回降实现方法

其中，部分工况亦会将功率指令更新为目标值，以防止工况改变时功率回升。

1）当保护请求功率回降和极平衡命令返回时，会将功率指令更新为回降后的功率值。

2）过负荷水平限制中当只有一极运行短期过负荷不可用持续120 s后，会将功率指令值更新为限制后的功率值。

3）运行工况过负荷限制中，当降压时出现过负荷在恢复至全压模式时将功率指令更新为限制后的功率值；当接地极连接时出现电流限制，将功率指令更新为限制后的功率值。

3 运行操作注意事项

3.1 无功控制功能引起功率回降注意事项

无功控制功能引起功率回降，多发生于大组滤波器跳闸、滤波器故障等情况：部分滤波器检修时，需准确核实可用滤波器所能支撑的功率水平；在出现无功控制方式为手动控制模式 （例如出现滤波器频繁投切控制方式转为手动控制）时，运行人员需要对照绝对最小滤波器配置表、最小滤波器配置表、无功交换量等决定投入滤波器组数。

3.2 保护请求功率回降注意事项

保护功率回降，主要是在设备故障或异常时保护相关设备。当直流开关双端口均正常时双断口承受电流总能力为1.76 pu，不会出现功率回降；接地极引线均正常时承受电流总能力为1.2 pu，不会功率回降；3 s过负荷和2 h过负荷水平限制功能正常动作时及换流器无故障时，换流器过流保护不会功率回降。

在出现直流开关单断口故障继续运行时，要注意直流功率设置值不得大于开关单端口的承受能力。

单极运行时出现接地极引线过负荷保护请求功率回降，表明接地极引线出现断线或者接地故障，也可能是相关电流互感器故障造成。

3.3 保护请求极平衡注意事项

双极平衡运行时，中性区域发生接地故障双极中性母线差动保护不会动作。双极中性母线差动保护和接地极引线相关保护请求极平衡时，表明双极中性母线区域或者接地极引线区域发生故障。执行极平衡操作目的是使双极平衡运行减小入地电流，减小故障电流，继续运行。

执行极平衡后，保护虽然复归，但故障可能仍未消除，若转为单极功率控制可能会造成功率回降或者闭锁。

接地极引线要关注接地极线阻抗监视告警。双极平衡运行时，接地极引线故障无法反映，要依靠接地极引线阻抗监视功能［5］。若在双极平衡运行时出现接地极阻抗监视报警，需引起足够重视，以防为接地极线路故障，单极闭锁后导致保护动作闭锁运行极。

3.4 过负荷能力限制及运行工况过负荷限制功率回降注意事项

运行工况转换前应关注当前运行功率是否会引起过负荷，例如全压转降压，退出阀组等操作。

大部分过负荷能力限制功率回降只对电流进行限制而不更新功率指令，在限制消失时可能会造成功率回升，应及时在后台更新功率指令。例如手动或保护退出阀组后造成其他阀组过负荷时，若不更新功率指令，当阀组再次投入时会造成功率恢复到退出阀组前。

4 结语

本文梳理了特高压直流输电工程无功控制、功率调制、保护动作、过负荷限制等引发功率回降的因素，并写明了控制保护系统执行功率回降的策略。指出在换流站运维操作过程中，需从滤波器需求情况、设备运行方式转换过程、直流运行功率水平、相关异常报警等方面提高警惕，防范发生功率回降，维持直流输电系统的正常稳定运行。