一种特/超高压直流换流站无功控制的监视方法

摘要

本发明提供一种特/超高压直流换流站无功控制的监视方法。其包括如下步骤：直流控制系统按采样周期进入采样；进行无功控制相关模拟量采集与滤波，开关量的采集，若是第一次采样，则直接进入正常运行程序，否则根据是否满足起动条件而进入正常运行或故障计算程序；正常运行程序中进行滤波器运行状态检查，交流滤波器运行状态检查结果为不正常时，发出运行异常告警信号，不闭锁相关控制功能，提醒工作人员进行相应处理；在故障计算程序中，除了进行所述正常运行程序的工作过程外，还进行交流滤波器投入切除异常的逻辑分析和原因判断，事件报告、故障报告及触发故障录波。本发明填补了行业空白，在实际工程当中十分实用，而且易于接受、便于推广。

说明书

技术领域

本发明涉及特高压或超高压直流输电领域，具体涉及一种特/超高压直流换流站无功 控制的监视方法。

背景技术

特/高压直流换流站无功控制功能是直流控制系统的重要控制功能之一，是一种多 目标、多边界条件的复杂控制功能。无功控制功能的目的是保证交直流系统的无功交换 满足系统要求，同时减轻换流站谐波对交直流系统及主设备的危害。无功控制主要通过 对交流滤波器组(包括交流滤波器大组、交流滤波器大组由交流滤波器小组构成，)等 无功单元的投切实现。

无功控制功能由直流控制系统完成。然而，直流控制系统仅按照设定的控制逻辑， 完成对交流滤波器的投切控制，对于无功控制功能缺乏相应的监视，其带来的风险隐患 有：

1、直流控制系统对无功控制当中存在的数据异常变化或设备缺陷缺乏相关告警功 能，在异常出现后通常采取忽略、寻找替代方法等逻辑进行无功控制，直至 造成事故的进一步发生及扩大；

2、直流控制系统没有对无功控制的结果进行监视，当异常发生后(例如交流滤波 器出现频繁投切异常)，无法对异常情况进行监视告警和判断，常常会引发故 障的扩大。无功控制系统对相关异常信息没有相关监视告警功能，当现场发 现交流滤波器异常投切，运行人员很难马上根据现场情况对故障进行判断。

另外，各个直流系统的无功功能配置略有不同，在多年的运行当中暴露出各种缺陷， 由于缺乏对无功控制的监视，导致多在事故后采取反事故措施，而无法在事故发生前对 事故的发生采取预示和告警。历史上曾多次出现由于对无功控制缺乏监视，导致无功控 制出现故障，滤波器异常投退的事故。

发明内容

本发明的目的针对现有特/超高压直流换流站无功控制系统没有监视功能的不足， 提供一种特/超高压直流换流站无功控制系统的监视方法，具体技术方案如下。

一种特/超高压直流换流站无功控制的监视方法，其包括以下步骤：

(1)直流控制系统按固定的采样周期接受采样中断进入采样步骤；

(2)在采样步骤中进行无功控制相关模拟量的采集与滤波，开关量的采集，对采样 值进行整定，若是第一次采样，则直接进入正常运行程序，否则根据是否满足起动条件 而进入正常运行程序或故障计算程序；

(3)在正常运行程序中，根据步骤(2)的整定数据对交流滤波器运行状态检查，交 流滤波器运行状态检查包括交流滤波器投入状态检查、电压有效性检查和无功有效性检 查，交流滤波器运行状态检查结果为不正常时，发出运行异常告警信号，不闭锁相关控 制功能，提醒工作人员进行相应处理；

在故障计算程序中，除了进行所述正常运行程序的工作过程外，还进行交流滤波器 投入切除异常的逻辑分析和原因判断，事件报告、故障报告及触发故障录波。

进一步地，步骤(2)中所述模拟量包括：送入直流控制系统的各交流滤波器大组的母 线电压、小组交流滤波器无功功率，各小组交流滤波器的穿越电流，交直流系统交换的 无功计算值；所述开关量包括各小组滤波器开关、刀闸、地刀状态，交流滤波器投入的 组合。

进一步地，步骤(2)判断进入正常运行程序或故障计算程序的起动条件，具体包括以 下步骤：

(3.1)根据步骤(2)采样得到的交流滤波器投入组合数据，对每次采样的交流滤波 器投入的组合数据与上一次采样对比，判定交流滤波器是否发生投退；如果未发生投退 进入步骤(3.2)，如果发生投退进入步骤(3.4)；

(3.2)当步骤(3.1)判定交流滤波器的组合数据与上一次采样比较未发生变化后，计 算本次交流滤波器投退间隔时间t，t＝t0+T，t0为上次采样计算的交流滤波器投退间隔时 间，如果t为第一次计算，则t0取0，T为一个采样周期，将计算结果t送入步骤(3.3)；

(3.3)将步骤3.2计算得到的本次交流滤波器投退间隔时间t与设定的交流滤波器频繁 投切时间定值n*T进行比较，n>1：

当t<n*T时，计算交流滤波器总投退组数Q_总n＝Q_总n-1，Q_总n-1为上次采样计算时交流滤 波器总投退组数，如果Q_总n为第一次计算，则Q_总n-1取0；

当t>＝n*T时，计算交流滤波器总投退组数Q_总n＝0，其中n>1；

本步骤(3.3)计算完毕后进入正常运行程序；

(3.4)当步骤(3.1)判定交流滤波器组合与上一次采样比较发生变化后，根据本次采 样与上次采样数据计算出本次交流滤波器投入的组数n_投、退出的组数n_退，以及总投退的 组数n_总＝n_投+n_退；

(3.5)根据步骤3.4计算得到的n_投、n_退、n_总，计算交流滤波器总投退组数Q_总＝Q_总n-1+n_总， 如果Q_总n为第一次计算，则Q_总n-1取0；

(3.6)根据步骤3.5计算得到的Q_总n来进行判断：

当Q_总n<Q_总起，进入正常运行程序；

当Q_总n>＝Q_总起，进入故障运行程序；

其中，Q_总起为设定的交流滤波器频繁投退次数定值。

进一步地，步骤(3)所述交流滤波器的投入状态检查是对经直流控制系统判定为 已投入的交流滤波器的状态进行检查，以下为滤波器确定投入的充分不必要条件：

小组交流滤波器开关合位或I3>定值，且刀闸确定合位，母线电压正常；

其中：I3代表小组交流滤波器的穿越电流，母线电压为该大组交流滤波器的交流母 线电压；当直流控制系统判定的小组交流滤波器在投入状态，但不满足上述条件时发出 运行异常告警信号，不闭锁相关控制功能，提醒运行人员进行相应处理。

进一步地，步骤(3)所述电压有效性检查是对各大组交流滤波器的交流母线电压 进行检查，检查过程包括以下步骤：

(5.1)采集各大组交流滤波器的母线电压互感器CVT送入直流控制系统的电压，对 各大组交流滤波器的母线电压进行绝对值有效性检查：如果电压在设定的定值范围以内 则判定为有效电压，送入步骤(5.2)相对值有效性检查；如果电压在设定的定值范围以 外则判定为无效，触发运行异常告警信号，并启动录波；

(5.2)将通过绝对值有效性检查的各大组交流滤波器的母线电压进行相对值有效性 检查，将每组滤波器大组的母线电压与其它各大组交流滤波器的母线电压进行比较，判 断其差值的绝对值是否超过设定值，如果差值在设定的定值范围以内则判断为有效；如 果差值在设定的范围以外则判断为无效，并发运行异常告警信号，启动录波。

进一步地，步骤(3)所述无功有效性检查是对各小组交流滤波器组送入直流控制 系统的无功计算值进行检查，检查过程包括以下步骤：

(6.1)采集计算换流站各小组滤波器的输出无功，并对每个小组交流滤波器的输出 无功进行绝对值有效性检查，如果无功在设定的定值范围以内则判断为有效，送入步骤 (6.2)无功变化率有效性检查；如果无功在设定的定值范围以外则判断为无效，并发运 行异常告警信号，启动录波；

(6.2)将每个通过绝对值有效性检查的小组滤波器的输出无功进行变化率有效性检 查，将小组滤波器的输出无功与上一次的采样值进行比较，判断其变化率是否超过设定 值(常采用额定值的20％作为判断定值)，如果变化率在设定的定值范围以内则判断为有 效；如果变化率在设定的范围以外则判断为无效，并发运行异常告警信号，启动录波。

进一步地，步骤(3)所述的在故障计算程序中进行滤波器投入切除异常的原因分 析是基于直流控制系统的交流滤波器自动控制功能的逻辑来判断的，其逻辑具体如下：

交流滤波器的自动控制功能由多个子投切功能构成，每个子功能按照预先设定的优 先级和判据条件实现对投切的控制；低优先级子功能发出的命令必须在满足所有高优先 级的子功能的控制要求情况下才被出口；交流滤波器控制的子功能优先级由高到低如 下：

a.交流电压限制控制；

b.谐波控制；

c.无功模式控制/交流母线电压模式控制二选一；

上述一种特/超高压直流换流站无功控制的监视方法，其特征在于无功控制功能中子 功能交流电压限值控制的判据条件为：

a.当交流滤波器母线电压小于设定的定值后，会延时自动投入一组小组滤波器；如 果母线电压仍然小于定值，则按照一定的延时依次投入其它的滤波器小组，直到交流大 组滤波器母线电压大于定值；

b.当交流滤波器母线电压大于设定的定值后，会延时自动退出一组小组滤波器；如 果母线电压仍然大于定值，则按照一定的延时依次退出其它的滤波器小组，直到交流大 组滤波器母线电压小于定值。

进一步地，无功控制功能中子功能谐波控制的判据条件在现场实现为交流滤波器投 入的组合与直流系统输送功率的大小相对应，具体依照直流控制系统内设定好的不同直 流功率下交流滤波器需求对照表进行控制。

进一步地，无功控制功能中子功能无功模式控制/交流母线电压模式控制二选一，两 种均是由控制器来实现，通过设定的500kV交流母线电压参考值或交直流系统交换无功 量参考值作为控制量，设定两个控制定值，通过投入小组交流滤波器、隔离小组交流滤 波器两种出口方式，控制500kV交流母线电压或交直流系统交换无功量在设定的控制值 所在区间范围以内。

进一步地，步骤(3)所述的在故障计算程序中进行滤波器投入切除异常的原因分 析，是通过对比滤波器投切前后各项参数的变化，分析发出滤波器投切命令的子功能逻 辑，进一步得出导致子功能动作出口的变化参数的数据，并启动相应出口功能，包括事 件报告、故障报告，故障录波。

根据实际情况可以加入交流滤波器振荡闭锁功能出口，即进入故障计算程序即判定 交流滤波器发生振荡，闭锁直流控制系统的无功功率自动控制功能，避免系统发生振荡， 使事故扩大。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明将引入一种特/高压直流 换流站无功控制的监视方法，对直流控制系统的无功控制功能进行监视，对无功控制中 出现的异常情况进行监视与告警，对无功控制出现的故障进行判断，对故障后的事故原 因进行判断，有助于在事故前异常的发现，和在事故后对事故的迅速分析处理。该方法 对直流控制系统的无功控制功能进行监视，对无功控制中出现的异常情况进行监视与告 警，对无功控制出现的故障进行判断，对故障后的事故原因进行判断，有助于在事故前 异常的发现和在事故后对事故的迅速处理。

附图说明

图1是一种(特)高压直流换流站无功控制的监视方法的总流程图。

图2是一种(特)高压直流换流站无功控制的监视方法的起动程序逻辑图。

图3是一种(特)高压直流换流站无功控制的监视方法的正常运行程序逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图和具体的案例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施不限于 此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或符号，均是本领域技术人员可参照 现有技术实现的。将本发明涉及的一种特/超高压直流换流站无功控制的监视方法集成 于贵广II回直流输电系统±500kV宝安换流站的直流控制系统内，对该站的无功控制进 行监视。

如图1所示，一种特/高压直流换流站无功控制的监视方法，包括以下步骤：

(1)直流控制系统按固定的采样周期接受采样中断进入采样步骤；

(2)在采样步骤中进行无功控制相关模拟量的采集与滤波，开关量的采集。其中模 拟量包括：送入直流控制系统的各交流滤波器大组的母线电压、小组交流滤波器无功功 率，各小组交流滤波器的穿越电流，交直流系统交换的无功计算值；所述开关量包括各 小组滤波器开关、刀闸、地刀状态，交流滤波器投入的组合。

(3)对采样值进行整定，若是第一次采样，则直接进入正常运行程序，否则根据是否 满足起动条件而进入正常运行程序或故障计算程序；

判断进入正常运行程序或故障计算程序的起动条件，如图2，其具体逻辑包括以下 步骤：

(3.1)根据步骤(2)采样得到的交流滤波器投入组合数据，对每次采样的交流滤波 器投入的组合数据与上一次采样对比，判定交流滤波器是否发生投退；如果未发生投退 进入步骤(3.2)，如果发生投退进入步骤(3.4)；

(3.2)当步骤(3.1)判定交流滤波器组合与上一次采样比较未发生变化后，计算本次 交流滤波器投退间隔时间，t＝t0+T，t0为上次采样计算的交流滤波器投退间隔时间，如 果t为第一次计算，则t0取0，T为采样周期，将计算结果t送入步骤(3.3)；

(3.3)将步骤(3.2)计算得到的本次交流滤波器投退间隔时间时间t与设定的交流滤 波器频繁投切时间定值n*T进行比较，n*T取20s：

当t<n*T时，交流滤波器总投退组数Q总n＝Q总n-1，Q总n-1为上次采样计算时交流 滤波器总投退组数，如果Q总n为第一次计算，则Q总n-1取0；

当t>＝n*T时，交流滤波器总投退组数Q总n＝0，其中n>1；

步骤3.3计算完毕后进入正常运行程序；

(3.4)当步骤(3.1)判定交流滤波器组合与上一次采样比较发生变化后，根据本次采样 与上次采样数据计算出本次交流滤波器投入组数n投、退出组数n退，以及总投退的组数 n总＝n投+n退；

(3.5)根据步骤(3.4)计算得到的n投、n退、n总，计算交流滤波器总投退组数Q总 ＝Q总n-1+n总，如果Q总n为第一次计算，则Q总n-1取0；

(3.6)根据步骤(3.5)计算得到的Q总n来进行判断：

当Q总n<Q总起，进入正常运行程序；

当Q总n>＝Q总起，进入故障运行程序；

其中，Q总起为设定的交流滤波器频繁投退次数定值，实际采用6次。

(4)在正常运行程序中，根据步骤(2)的整定数据对交流滤波器运行状态检查，交 流滤波器运行状态检查包括交流滤波器投入状态检查、电压有效性检查和无功有效性检 查。

交流滤波器的投入状态检查是对经无功控制判定为已投入的交流滤波器的状态进 行检查，以下为滤波器确定投入的充分不必要条件：

小组交流滤波器开关合位或I3>0.5pu，且刀闸确定合位，母线电压正常；

其中：I3代表小组交流滤波器的穿越电流，有电流互感器T3采集；母线电压为该大 组交流滤波器的交流母线电压；当无功控制判定的小组交流滤波器在投入状态，但不满 足上述条件时发出运行异常告警信号，不闭锁相关控制功能，提醒运行人员进行相应处 理。

在500kV从西换流站的无功控制功能当中，当小组交流滤波器的I3>0.5pu，该站无 功控制功能即及判定本小组滤波器在投入状态。小组滤波器通过电流判据判断其是否投 入，可以防止运行中出现开关、刀闸辅助节点故障导致滤波器的误切，但同时为滤波器 不带电的情况下检修带来风险，若对检修状态的滤波器加入超过0.5pu电流，可引起控制 系统误判滤波器投入运行，影响无功控制的正确性。2014年3月5日500kV从西换流站在 对某组交流滤波器进行检修过程当中，对其加入超过0.5pu电流，引起控制系统误判本组 滤波器已投入运行，影响无功控制的正确性。

如果此站采用本专利所述的一种特/超高压直流换流站无功控制的监视方法，该方法 会对交流滤波器运行状态进行检查。上述事件中涉及到的交流滤波器依照本方法的判据 并不满足投入状态条件，与直流控制系统无功控制判定的结果不同，将触发运行异常告 警信号，提醒运行人员进行相应处理。

(5)电压有效性检查是对各大组交流滤波器的交流母线电压进行检查，检查过程包 括以下步骤：

(5.1)采集各大组交流滤波器的母线电压互感器CVT送入直流控制系统的电压，对 各大组交流滤波器的母线电压进行绝对值有效性检查：如果电压在设定的定值范围 300kV-800kV以内，则判定为有效电压，送入步骤(5.2)相对值有效性检查；如果电压在 设定的定值范围以外则判定为无效，触发运行异常告警信号，并启动录波；

(5.2)将通过绝对值有效性检查的各大组交流滤波器的母线电压进行相对值有效性 检查，将每组滤波器大组的母线电压与其它各大组交流滤波器的母线电压进行比较，判 断其差值的绝对值是否超过设定值，如果差值在设定的定值范围15kV以内，则判断为有 效；如果差值在设定的范围以外则判断为无效，并发运行异常告警信号，启动录波。

500kV宝安换流站直流控制系统的无功控制逻辑中，当三大组交流滤波器的母线电 压均在300kV-800kV以内，取其中的最大值作为无功控制的参考值，其存在的隐患为： 当三个大组滤波器均投入时，当某大组滤波器母线电压异常升高，三大组母线电压最大 值大于切除滤波器的设定值，会导致电压限制控制功能响应，严重情况下甚至会导致连 续切除小组滤波器，使交流系统电压降低。历史上层多次出现交流滤波器母线PT采样异 常的情况，存在这种事故的可能性。采用本专利所述的一种特/超高压直流换流站无功控 制的监视方法后，当大组交流滤波器母线电压出现波动，会对其绝对值和相对值均进行 检查，当出现异常则判断为无效，并发运行异常告警信号，启动录波，提醒运行人员进 行相应处理。

(6)无功有效性检查是对各小组交流滤波器组送入直流控制系统的无功计算值进行 检查，检查过程包括以下步骤：

(6.1)采集计算换流站各小组滤波器的输出无功，并对每个小组交流滤波器的输出 无功进行绝对值有效性检查，如果无功在设定的定值范围(额定值175MW的50％-150％) 以内则判断为有效，送入步骤(6.2)无功变化率有效性检查；如果无功在设定的定值范 围以外则判断为无效，并发运行异常告警信号，启动录波；

(6.2)将每个通过绝对值有效性检查的小组滤波器的输出无功进行变化率有效性检 查，将小组滤波器的输出无功与上一次的采样值进行比较，判断其变化率是否超过设定 值(额定值175MW的20％)，如果变化率在设定的定值范围以内则判断为有效；如果变化 率在设定的范围以外则判断为无效，并发运行异常告警信号，启动录波。

500kV宝安换流站曾数次出现过由于某一大组交流滤波器某相电压采集量丢失造成 本大组的所有在投入的小组交流滤波器无功计算值为实际值的66％，由于在本站直流控 制系统的无功控制逻辑中，当计算所得的小组交流滤波器无功功率值在50％-150％之间 均被判定有效，致使本大组所有在投入的小组交流滤波器的无功值均被错误使用，极端 情况下存在直流限功率的风险。采用本专利所述的一种特/超高压直流换流站无功控制的 监视方法后，当某在投入的小组滤波器的无功计算值出现上述波动，无功控制监视将判 断本小组滤波器无功计算值为无效，并发运行异常告警信号，启动录波，提醒运行人员 处理。

(7)在故障计算程序中，除了进行所述正常运行程序的工作过程外，还进行交流滤 波器投入切除异常的逻辑分析和原因判断，事件报告、故障报告及触发故障录波。

滤波器投入切除异常的原因分析是基于无功控制自动功能逻辑来判断的，其逻辑具 体如下：

交流滤波器的控制功能由多个子投切功能构成，每个子功能按照预先设定的优先级 和判据条件实现对投切的控制；低优先级子功能发出的命令必须在满足所有高优先级的 子功能的控制要求情况下才被出口；交流滤波器控制的子功能优先级由高到低如下：

a.交流电压限制控制；

b.谐波控制；

c.无功控制模式；

(8)交流电压限值控制的判据条件为：

a.当交流滤波器母线电压小于设定的定值490kV后，会延时3s自动投入一组小组 滤波器；如果母线电压仍然小于定值，则按照延时150ms一组的延时间隔依次投入其它 的滤波器小组，直到交流大组滤波器母线电压大于定值；

b.当交流滤波器母线电压大于设定的定值580kV后，会延时3s自动退出一组小组 滤波器；如果母线电压仍然大于定值，则按照延时150ms一组的延时间隔依次退出其它 的滤波器小组，直到交流大组滤波器母线电压小于定值。

(9)无功控制功能中子功能谐波控制的判据条件在现场实现为交流滤波器投入的组 合与直流系统输送功率的大小相对应，具体依照直流控制系统内设定好的不同直流功率 下交流滤波器需求对照表进行控制交流滤波器投入的组合与直流系统输送功率的大小 相对应，满足直流控制系统内的无功投退要求对照表如下。

(10)无功模式控制是由控制器来实现，通过设定的500kV交流母线电压参考值作为控 制量，设定两个控制定值0Mvar、-200Mvar，通过投入小组交流滤波器、隔离小组交流 滤波器两种出口方式(其中每组交流滤波器提供无功175Mvar)，将交直流系统交换无 功量控制在设定的控制值所在区间(0Mvar、-200Mvar)范围以内。

(11)故障计算程序中进行滤波器投入切除异常的原因分析，通过对比滤波器投切前 后各项参数的变化，分析发出滤波器投切命令的子功能逻辑，进一步得出导致子功能动 作出口的变化参数的数据，并启动相应出口功能，包括事件报告、故障报告，故障录波。

同时还加入交流滤波器振荡闭锁功能出口，即进入故障计算程序即判定交流滤波器 发生振荡，若无功控制频繁发出投入或切除交流滤波器命令达到6次，则自动将无功 控制模式由“自动”退至“手动”，交流滤波器投切由运行人员手动进行控制，避免 频繁投切影响滤波器设备安全。闭锁无功自动控制功能，避免系统发生振荡，使事故扩 大。

500kV从西换流站曾发生过由于交流系统畸变导致的交流滤波器频繁投切现象。 2014年3月30日下午，牛从甲直流双极1550MW正常运行时，从14:32:15开始从 西换流站出现交流滤波器频繁投切现象，并导致无功控制在14:41:32退出“自动”模 式，进入“手动”模式。在15:23:45为了恢复回“自动”模式，通过手动将无功控制 由“手动”模式操作为“自动”模式，之后再次出现交流滤波器频繁投切现象，无功控 制又退回“手动”模式。

由于该站无功控制监视功能中加入了交流滤波器振荡闭锁功能，当无功控制监视中 交流滤波器频繁投切次数Q总＝6次，判定交流滤波器频繁投切，启动，交流滤波器振 荡闭锁功能，自动将无功控制模式由“自动”切为“手动”，防止不必要的投切发生， 保证滤波器设备的安全。