楚雄 SVC孤岛运行方式下的特殊控制策略及其效果分析徐新乐 卢志良（南方电网超高压输电公司检修试验中心，广州 510663）摘要：连接在弱交流系统上的直流输电系统会存在如稳定性、短时过电压、故障后恢复等需求，在直流输电的终端提供动态电压支持能缓解这些问题。SVC 具有响应快、可靠性高、维护少、容易安装、不增大短路电流等优点，是为直流输电端提供电压支持的可行方案。本文针对云广直流送端楚雄换流站加装的 SVC 装置在系统孤岛运行方式下的特殊策略进行梳理，并通过大量的 RTDS 仿真验证其控制效果，为生产实际提供可靠的依据。关键词：换流站；SVC；特殊控制策略；效果分析1 引言云广直流送端楚雄换流站按交直流并列运行方式与孤岛运行方式灵活转换设计。与一般的 SVC装置不同，在楚雄换流站装设 SVC 有如下特点：(1)运行方式多，主要运行方式分为交直流并列运行模式和孤岛运行模式。交直流并列运行模式 SVC 滤波器全投，装置输出范围为 0240Mvar；孤岛运行模式下，两套 SVC 均切除 5 次滤波通道，装置输出范围变为120Mvar120Mvar。 （孤岛运行时，平衡点移动时，如系统这时超过一定值，投一组滤波通道，让整套装置对于系统的外特性始终保持120Mvar120Mvar 的调节范围。即尽量保持 TCR 部分稳态的输出为 120Mvar，可通过依次投入 5 次滤波器来实现） 。(2)孤岛正常运行方式下，楚雄换流站投切无功小组暂态电压最大变化率超出了直流工程设计限值 2%，SVC 控制策略需要能抑制该波动。(3)直流双极闭锁时，交流母线过电压很高，超过规程规定要求。SVC 要能满足工频过电压以及暂态过电压的要求。(4)2 套 SVC 并列运行，需要两套 SVC 的容量进行合理的分配。(5)SVC 相对站内滤波器容量偏小，对 SVC 的响应速度要求高。在换流站装设 SVC 装置在国内尚未有先例，针对楚雄换流站的特殊系统环境，对该套 SVC 装置的功能提出了以下三个方面的要求：1)改善系统电压水平、提高电网的功率因数根据有关规程规定、工程实践情况及云广直流输电工程功能规范书规定楚雄换流站无功投切的系统暂态电压波动不应超过 2。但是，孤岛正常运行方式，楚雄换流站投切无功小组暂态、稳态电压最大变化率均超出了直流工程设计限值。在换流站装设 SVC 后，可降低无功投切引起的电压波动，满足设计限值要求。2)提高电网稳定水平在交直流并列运行方式下，由于换流站动态无功支持不足，电压波动大，导致直流功率难以维持，稳定水平低。装设 SVC 后可以改善系统动态无功支持不足的问题，提高故障后系统电压的维持能力，提高系统稳定水平。3)在孤岛运行方式下，对系统的电压稳定性也将会有较好的作用。改善直流系统的运行条件。鉴于以上严格的要求，SVC 的主控制采用定电压控制，在 SVC 投退时采用定无功控制，启动完成后切换回定电压控制。辅助控制为慢速导纳控制、500kV 过电压控制、500kV 低电压控制。除了主控制策略之外，为了进一步提高 SVC 的性能，更好的满足系统对 SVC 的要求，楚雄 SVC 针对系统孤岛运行方式有针对性的提出了三个特殊的控制策略。2 楚雄特殊控制策略本文着重对孤岛方式下的楚雄特殊控制策略进行全面的介绍，包括投切滤波器瞬间调整无功控制、电压设定值的自适应调整和无功设定点的平移恢复，内容主要包括相关控制目标、实现方法和控制效果的分析。2.1投切滤波器瞬间调整无功控制该控制策略通过在无功输出叠加一个偏置量以减少系统滤波器投切时的冲击。考虑到楚雄站交流滤波器投切时，由于 SVC 存在 20ms 的响应时间，如果采用定电压控制，对此期间的换流母线暂态电压波动将无作用，可能会对系统造成冲击，因此这时 SVC 应在投切滤波器的瞬间暂时降低/增大 TCR 点火角参考值，增大/减少 SVC 对无功功率的消耗量，使得母线上的无功波动尽量小。Brabmis-1.0* BrabMinDFMin_BFMaxDFMax_BF* D+F+B_LVLow_VoltageUref1.0B-D+E-F-Umeas_abUab_PDS0.02NDN/D4.0*IsvcIPG1 + sT11 + sT2UrefUab_LBdeltaBtcrD+F+上上上上上上上上上上上上S / HinholdoutABCompar-ator| X |0.0deltaBtcr上上上上上上上上上上上上上图 1 考虑滤波器投切瞬间增加电纳参考值后的主控制在滤波器投切瞬间，原先的主电压控制需要等待 20ms 才能完成反馈、计算参考值、晶闸管触发角改变。为了加快响应速度，一旦得到滤波器投切的信号，就立即通过采样保持环节获得当前的电纳参考值，再加上计算的滤波器投切所需要变化的电纳值作为输出的电纳参考值，如果电纳参考值超出了 TCR 支路的调节能力（对应于楚雄换流站投切交流滤波器） ，则控制回路输出的电纳参考值自动取极限值。ABCtrlCtrl = 1EdgeDetectorTCRBrkLFadd12Mono-Tstable0.0 deltaBtcrLFadd 上上上上上上BrkLFadd上上上上上0.04809671上上上上上上BrkLFcut上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上ABCtrlCtrl = 1EdgeDetectorTCRBrkLFcut12Mono-Tstable0.0 deltaBtcrLFcut-0.04809671D +F+ deltaBtcr上上上上上上上 上上上上上上上上图 2 在滤波器投切瞬间电纳参考值的增加量检测到滤波器投切信号后，通过脉冲上升沿检测，产生一个为 1 的正脉冲信号，再通过一个保持延时环节，即在一段时间后关闭输出。在此期间，发出信号保持主电压控制回路之前的电纳参考值，并增加对应于投切的滤波器容量的电纳增量，得到滤波器投切瞬间的电纳参考值，而不是依赖于正常的电压反馈计算电纳参考值，这样可以加快 SVC 的 TCR 支路触发角改变的速度，同时避免了采用定电压控制在滤波器投切后的调节过程中引起的电压波动。瞬间定无功（电纳）控制在这里属于电压控制的辅助控制，仅在 SVC 每次起停时的过程中运行。同时主控制回路仍然在继续计算定电压控制所应当调节的电纳参考值。当系统稳定后，即投入后一段时间后（如 1s） ，切换为定电压控制。此时可以做到交流滤波器的投切对系统的影响降低到最小。当系统由交直流运行模式切换到孤岛运行模式时，由系统的孤岛方式检测装置向 SVC 发出孤岛运行的切换信号，SVC 自动切除 5 次滤波通道，每套仅保留一组 3 次滤波通道。整个切换过程中，SVC 检测到 5 次滤波器断路器动作自动切换到定无功控制，经过预设时间后切换回定电压控制。在正常运行，即交直流运行模式下，SVC 的控制方式为定电压控制，SVC 对直流站内滤波器的投切自动响应，进行调节。当孤岛运行模式下，由于 SVC 的输出范围变为正负 120Mvar，而站内每组滤波器的容量约为 187Mvar，同时，孤岛运行模式下，系统的短路容量非常小。为了降低暂态电压波动，SVC 控制与直流控制之间增加接口，用于在直流系统发出投/切交流滤波器指令同时将控制信号送至 SVC，SVC 则在投 /切滤波器的瞬间将 TCR 触发角切换到最大/最小值，增大/减少 SVC 对无功功率的消耗量，以部分抵销滤波器投切带来的无功波动。在此过程中采取邦邦（bang-bang）控制。即每次检测到的滤波器投切（可由系统向 SVC 发出合跳闸命令，也可以通过检测电压的不正常波动，即波动范围大于某一设定值） ，SVC 输出直接将在正的最大值和负的最大值之间切换。 （这里牵涉到直流站和 SVC 之间的信号联络问题，如果在模拟试验时传输控制信号时间邦邦控制的时间大于定电压控制的响应时间，则控制器仍然采用定电压控制。 ）下列四个 RTDS 录波是云广直流孤岛方式下，在两套 SVC 投入和未投时，对比检验当云广直流的交流滤波器投切时，SVC 是否能够有效减少投切时对系统的冲击。图 3 两套 SVC 可调，投一组交流滤波器图 3 显示：在两套 SVC 的 TCR 具备可调能力的基础上，当云广投一组交流滤波器时，两套SVC 均能瞬间调大 TCR 出力（峰值约由 1194A 增大到 1618A） ，电压由 530.6 kV 跌落到525.6kV，.约 500ms 后使电压稳定至参考电压值附近；图 4 两套 SVC 不可调，投一组交流滤波器图 4 显示：当两套 SVC 退出运行时，当投一组交流滤波器时，楚雄 500kV 母线电压由 515kV 突增至 526kV 时，1.8s 后恢复至 522kV（比初始电压值高 7kV） 。图 5 两套 SVC 可调，退一组交流滤波器图 5 显示：在两套 SVC 的 TCR 具备可调能力的基础上，当云广退一组交流滤波器时，两套 SVC均能瞬间减小 TCR 出力（峰值约由 1528A 减小到 719A） ，电压由 531 kV 升高到 537.5kV，.约 2.7s后使电压稳定至参考电压值附近；图 6 两套 SVC 不可调，退一组交流滤波器图 6 显示：当两套 SVC 退出运行时，当退一组交流滤波器时，楚雄 500kV 母线电压由 521.5kV突降至 511kV 时，1.5s 后恢复至 515kV（比初始电压值高 6.5kV） 。图 3、4、5、6 直观的显示了孤岛运行方式下 SVC 装置在系统无功小组投切时的瞬时控制的灵活性，抑制电压波动的效果十分明显。2.2电压设定值的自适应调整该控制策略是通过使用时间滑动平均计算稳态的电压均值，缓慢调整控制系统的电压参考值。由于直流站稳态情况下功率变化范围很广，线电压有效值的稳态变化范围也很大，约为515kV545kV，为了避免调度频繁修改设定值，因此添加电压设定值自适应调整的功能，其控制过程流程图如下：时间滑动平均计算开始1 分钟内电压值采样记录 ， 采样间隔1 秒越限数据丢弃有效数据平均得到当前的 分钟内电压均值计算过去 分钟内的电压均值5()1(2)3(4)UnnUn()将电压 5 分钟滑动平均值设为新的控制电压参考值 ， 改变过程通过积分环节 ， 使得电压参考值平滑变化到新设定值经过1 分钟图 7 电压设定值的自适应调整逻辑框图控制过程如下：1）1 分钟内对 500kV 线母线电压有效值进行采样，采样间隔为 1s（可设定） ；2）数据超过 515545（待确定）的值，作为越限无效数据自动丢弃；3）计算 1 分钟（可设定）内的电压有效平均值；4）对过去 5 分钟（可设定）内的电压平均值进行计算，并将其定义为新设定值；5）延迟 1 分钟（可设定）后，将电压参考值平滑变化到新设定值。积分时间为 1 分钟（可设定） 。再次开始循环计算当前时刻过去 5 分钟内的电压平均值。下列两个 SVC 装置 HMI 录波图显示的是云广直流孤岛方式下，检验 SVC 是否能根据楚雄 500kV稳态运行电压自动调整 SVC 参考电压值。图 8：SVC1 试验后录波图9：SVC2 试验后-录波上述 8、9 图显示该控制策略能够缓慢的调整控制系统的电压参考值，避免了调度频繁修改设定值，提高了 SVC 装置的适应性。2.3无功设定点的平移恢复该控制策略是在云广直流孤岛方式下检验 SVC 是否能自动投切 FC5 使得 TCR+FC3 总无功输出回到无功设定点附近，保留正负两个方向的可调无功备用。在孤岛运行方式下当有需要时可以投切 SVC 自带的 5 次滤波器，从而改变两套 SVC 的无功补偿范围，更好的适应系统的变化。因为有两套 SVC，而需要投切的 5 次滤波器可能只需要投切一组，因此必须将两台 SVC 分为主从进行区分，按次序投切两套 SVC 的 5 次滤波器。在孤岛运行方式下，当 SVC 发出的感性无功超过30Mvar 并持续一段时间后，则生成一个需要切除的 5 次滤波器