某换流站STATCOM与交流母线电压控制配合逻辑的分析

某换流站STATCOM与交流母线电压控制配合逻辑的分析

秦瑶,海类伟

（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山，663000）

摘要：本文根据实际工程特点，开展了基于STATCOM与交流母线电压控制配合逻辑的分析，并根据某换流站 STATCOM的全送、分送运行方式对STATCOM与直流无功控制配合逻辑进行了分析，验证了各种控制措施对某换流站电压稳定的提升效果。

关键词：STATCOM，交流母线，无功控制，电压稳定

1.某换流站STATCOM简介

该换流站STATCOM于投产后，为永富直流的安全稳定运行提供了重要电压支撑。其中共配置了三套±100MVar静止同步补偿器（STATCOM），#1STATCOM挂接于35kV#5段母线，#2STATCOM挂接于35kV#7段母线，#3STATCOM挂接于35kV #6段母线。3套STATCOM根据500kV交流系统运行方式配合的需要，运行模式可分为全送广西、全送云南和分送云南、分送广西4种模式，在相应的运行方式下须采取不同的协调控制、自主控制策略。3套STATCOM装置可通过35kV分段母线的倒换来改变自身运行方式，其接线示意图如下。

图1 STATCOM一次接线图

该站三套STATCOM运行方式分为全送方式和分送方式，这些运行方式由协调控制器下发，下面具体介绍两种STATCOM运行方式。

1.1 全送方式

全送运行方式下，三套STATCOM共同挂接于广西或云南电网侧，三套STATCOM处于协调控制模式控制同一母线电压，完成稳态电压闭环调节策略以及暂态控制策略，根据三套STATCOM 运行状态完成无功均分控制并对换流站中交流滤波器投切进行预调节控制，抑制交流滤波器投切产生的电压扰动，此外协调控制器还完成无功储备、慢速无功调节、电压偏差调节控制以及二次电压过压防误等逻辑。

具体实现方式为：#1、#2 STATCOM挂接于35kV#5、#7母，两段母线通过分段刀闸3075并列运行，共同挂接于#5降压变低压侧，#3 STATCOM挂接于#6降压变低压侧，#6段母线与#5、#7母通过拉开3076分段刀闸分列运行，这种运行方式下500kV交流场由5035、5046两个开关将广西侧电网与云南侧电网进行隔离，3套STATCOM共同作用于广西电网侧，共同控制同一母线电压。

1.2 分送方式

在分送方式即分送广西和云南运行方式下，#1、#2 STATCOM挂接于广西电网侧，#3STATCOM挂接于云南电网侧，#1、#2STATCOM处于协调控制模式控制广西侧电网电压，#3STATCOM进入独立自主控制控制云南电网侧电网电压。三套STATCOM分别控制两个母线电压，完成稳态闭环调节策略以及暂态控制策略，交流滤波器预投切控制、无功储备、慢速无功调节、电压偏差调节控制以及二次电压过压防误等逻辑。

具体实现方式为：#1、#2 STATCOM挂接于35kV#5、#7母，两段母线通过分段刀闸3075并列运行，共同挂接于#5降压变低压侧，#3 STATCOM挂接于#6降压变低压侧，#6段母线与#5、#7母通过拉开3076分段刀闸分列运行，这种运行方式下500kV交流场通过断开5013、5024两个开关将广西侧电网与云南侧电网进行隔离，此时#1、#2 STATCOM作用于广西侧电网，控制广西侧500kV母线电压，#3 STATCOM作用于云南侧电网500kV母线电压。

注：分送模式下特殊运行方式，接于云南电网侧的#3 STATCOM故障停运情况下，可转变35kV交流母线接线方式，将#2 STATCOM通过倒母线挂接于云南电网侧。分送情况下STATCOM特殊运行方式：

当挂接于35kV#6段母线的#3STATCOM退出运行时，可通过#6、#7段母线的并列运行将#2STATCOM接于#6降压变低压侧取代#3 STATCOM实现云南侧电网电压、无功控制，此时必须拉开3075刀闸。

图2 STATCOM运行方式示意图

2.STATCOM协调定电压与直流站控配合逻辑

STATCOM协调定电压与直流站控配合策略针对永富直流全送广西、全送云南和分送广西方式，STATCOM协调定电压与直流站控定U模式时，STATCOM协调控制器将根据直流的交流站控下发的电压上下限采用双点电压控制策略，STATCOM在全送模式下的控制逻辑框图如下图所示。

图 3 STATCOM在直流全送模式下的逻辑框图

当本地选择无功模式时，协调控制器按照OWS设置的无功指令进行控制，将无功均匀分配给3套STATCOM。

当本地选择为电压模式时，如果直流站控为控电压模式，那么STATCOM协调控制器则根据直流站控下发的电压上下限采用双点电压控制。

当本地选择为电压模式时，如果直流站控为控无功模式，那么STATCOM协调控制器则根据OWS的电压指令以及电压斜率进行单点电压斜率控制。

当STATCOM进入暂态时，STATCOM协调控制器则根据OWS的电压指令以及电压斜率进行单点电压斜率控制，同时放开STATCOM出力限幅，单套STATCOM最大输出110Mvar无功。

单母线稳态输出容性无功最大值：

全送模式下，三套STATCOM稳态情况下允许输出无功最大值；

分送模式下，广西侧或者云南侧稳态情况下允许输出无功最大值；

单套STATCOM暂态输出容性无功最大值；

暂态情况下，每套STATCOM所允许输出无功最大值。

从现场定值可知，永富直流站控下发的交流电压上下限值为（520kV，535kV）。根据交流系统电压情况，永富直流受端无功控制功能逻辑主要有四种：

1）当前系统电压在直流电压控制的上下限范围内（520kV，535kV），STATCOM不动作，交流滤波器不动作；

2）当前系统电压越过520kV或535kV时，STATCOM不动作，由直流按一定功率水平，优先根据谐波性能要求的交流滤波器投切策略执行滤波器投切，其次按电压上下限520kV、535kV控制滤波器投切；

3）当前系统电压越过STATCOM双点电压控制上下限（520kV-5.25kV，535kV+5.25kV）=（514.75kV，540.25kV）时，STATCOM动作，快速控制无功将电压控制在（514.75kV，540.25kV）范围内，并维持无功恒定。具体STATCOM双点电压控制策略如下图所示；

4）当系统电压越过暂态上、下限（498kV，561kV）时，STATCOM暂态电压控制优先级最高，STATCOM将快速放宽无功限幅，输出无功功率支撑电压，在满足退出暂态控制下才切换回双点电压控制。

图 4 STATCOM双点电压协调控制逻辑框图

图 5 STATCOM协调定电压与直流电压无功的配合逻辑框图

2.1 #3 STATCOM与直流无功控制配合逻辑

#3 STATCOM与直流无功控制配合策略针对永富直流分送云南方式，在分送方式下，由于#1、#2STATCOM挂靠广西侧，#3 STATCOM挂靠云南侧，#3 STATCOM独立控制，不执行协调控制器指令。在与直流无功控制配合逻辑上，#3 STATCOM有别于#1、#2 STATCOM的双点电压控制方式，其采用了含电压调差率+PI环的单点电压控制策略，当前电压调差率为0.03，其以STATCOM的电压上、下限偏差做为触发控制的边界，但最终控制的目标电压是与暂态电压控制设置电压参考值一致。根据#3STATCOM与直流无功控制的配合关系得出，#3 STATCOM的电压上下限为（540kV，515kV），具体逻辑如下表所示。

表 1 #3STATCOM与直流无功控制配合关系

下图所示为#3 STATCOM的控制逻辑框图，其控制逻辑为：在500kV每一相电压有效值在电压上下限（540kV,515kV）范围内，#3 STATCOM的无功电流指令取最小无功0.05pu，即在电压上下限（540kV,515kV）内，#3STATCOM维持最小无功功率约5Mvar；当500kV电压其中一相越过540kV或515kV时，#3STATCOM无功电流指令切换到含电压调差率的PI环控制，并根据设定的目标电压（定值为535kV）调整无功电流指令Iref，直至电压回到滞环535kV~540kV或515kV~520kV范围内，并维持一定的无功电流；当电压越过535kV或520kV时，无功电流指令切换回最小无功0.05pu。

图 6 #3 STATCOM单点电压控制逻辑框图

图 7 #3 STATCOM定电压与直流电压无功的配合逻辑框图

结语

本文全面分析了某换流站STATCOM投产后500kV交流母线电压与STATCOM定电压控制的配合逻辑功能，验证各种控制措施对换流站电压稳定的提升效果，完成稳态闭环调节策略以及暂态控制策略，交流滤波器预投切控制、无功储备、慢速无功调节、电压偏差调节控制以及二次电压过压防误等逻辑，对永富直流的安全稳定运行有着非常重要的作用。

参考文献

[1]郭郓闻,张建设,胡云,等.大容量分布式STATCOM对南方电网交直流系统影响的实时仿真研究[J].高电压技术,2014(8):2586-2592.

[2]韩伟强，李战鹰，郭琦,等.电网运行RTDS分析的可行性及方式探讨[J].南方电网技术,2020,4(3):51-56