高压直流换流站无功补偿与配置技术导则

高压直流换流站无功补偿与配置技术导则

国家标准 GB/T31460一2015 高压直流换流站无功补偿与配置 技术导则 TIechmiealguideforreaetivepowercompensationand alocationofVDcconverterstations 2015-05-15发布 2015-12-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31460一2015 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 总则 无功补偿设备总容量 换流站无功补偿配置 无功控制系统 附录A规范性附录) 无功平衡的确定
GB/T31460一2015 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由电力企业联合会提出 本标准由全国高压直流输电工程标准化技术委员会(SsAC/TC324)归口 本标准负责起草单位:国网北京经济技术研究院 本标准主要起草人:马为民、陶瑜、刘泽洪,李亚男、股威扬、周静、蒋维勇 m
GB/I31460一2015 3.5 无功平衡reactivepowerbalanee 换流站与交流系统之间的无功交换在系统规定的允许范围内 3.6 最小滤波器组minimmumrilter 对应运行方式和输送功率水平下,为满足换流母线的谐波性能指标要求需投人的交流滤波器组数 和类型的组合 3.7 绝对最小滤波器组absoluteminiumilter 对应运行方式和输送功率水平下,为满足交流滤波器元件的电压和电流耐受能力要求需投人的滤 波器组数和类型组合 3.8 暂态电压波动 ransientvoltageluetwation 在投切一组无功大组或无功小组后,直流控制系统调节前的换流母线工频电压变化 3.9 稳态电压波动steady-statevotagelctuation 在投切一组无功大组或无功小组,直流控制系统调节后,换流变压器分接开关调节之前的换流母线 工频电压变化 总则 无功补偿设备应满足直流系统在不同的功率水平以及各种接线和运行方式下换流站的无功平衡 4.1 在额定输送功率下,宜配置一个备用小组 无功平衡的确定见附录A 4.2在满足DL755规定的基础上,换流站应合理利用交流系统提供的无功,不足部分在换流站内安装 无功补偿设备 4.3无功补偿设备应合理分组 无功分组应满足GB/Z20996.1,DL/T5223、,D)L/T5426等的相关条 款规定 4.4容性无功补偿设备的设计容量应按照其接人母线的正常运行电压计算,感性无功补偿设备的容量 应按照其接人母线的最高运行电压计算 4.5为实现直流小功率方式下的无功平衡,可采取以下方法 加装可投切的低压并联电抗器; n b 加装可投切的高压并联电抗器; 加装动态无功补偿设备 c 换流器大角度运行 d) 采用一种或多种方法实现小功率方式下的无功平衡应与换流阀的设计,无功补偿的设计综合考虑 4.6对于弱交流系统,为保证系统稳定运行、减少无功小组数量、快速平滑地调节无功,可在换流站安 装动态无功补偿设备 4.7所有无功补偿设备应在换流母线正常稳态运行和极端稳态运行电压变化相应时段范围,交流系统 正常频率和事故频率变化相应时段范围及规定的环境温度变化范围内正常运行 4.8 无功补偿设备的可能投切组合应避纪与邻近的发电机组产生自励磁 4.9换流站应配置无功控制系统,控制换流站无功补偿设备 无功控制系统应具备完善合理的功能 使无功补偿设备的投切满足绝对最小滤波器、最小滤波器、换流母线电压、无功平衡等方面的要求
GB/T31460一2015 无功补偿设备总容量 5.1 单12脉动换流器的无功消耗 单12脉动换流器的无功消耗按式(1)计算 2 "十sin2asin2(a土 I U Qdtea 2 cosa-cos(a十" 式中; 单12脉动换流器消耗的无功功率,单位为兆乏(Mvar) Q. e.cons 换相角,单位为弧度(rad); 4 ！ 直流运行电流,单位为千安(kA); U 换流器理想空载直流电压,单位为千伏(kV). -整流器触发角,单位为弧度(rad);当换流站以逆变方式运行时,用逆变器关断角y代 替a 5.2换流器最大无功消耗 5.2.1换流器最大无功消耗的确定原则 5.2.1.1对于长距离直流输电工程,换流器最大无功消耗宜按直流系统正向,全压,双极额定功率运行 方式确定,功率反送方式不作为确定换流器最大无功消耗的必要方式;对于直流联网工程,功率正送方 式和功率反送方式均应作为确定换流器最大无功消耗的必要方式 5.2.1.2过负荷方式下增加的无功消耗可利用备用无功小组和交流系统无功提供能力来平衡 5.2.1.3直流降压运行方式不作为确定换流器最大无功消耗的必要方式,此方式下增加的无功消耗可 由备用无功小组和交流系统无功提供能力来平衡,必要时可降低直流输送功率以达到无功平衡 5.2.2换流器最大无功消耗 应用式(1),并考虑以下因素,得到单12脉动换流器的最大无功消耗值 a)测量系统误差、换流器触发角/熄弧角变化范围以及有载调压开关的调节死区 b)换相电抗的制造公差; e直流线路电阻在设计范围内取最小值(计算逆变侧换流器最大无功消耗时. 换流站内换流器的最大无功消耗为换流站内所有单12脉动换流器最大无功消耗的总和 5.3换流器最小无功消耗 5.3.1换流器最小无功消耗的确定原则 对于长距离直流输电工程,换流器最小无功消耗的确定宜按直流系统正向、全压,最小功率运行方 式确定,功率反送方式不作为确定换流器最小无功消耗的必要方式;对于直流联网工程,功率正送方式 和功率反送方式均应作为确定换流器最小无功消耗的必要方式 对于背靠背直流工程,换流器最小无 功消耗宜按最小功率运行方式确定 5.3.2换流器最小无功消耗 应用式(1),并考虑以下因素,得到单12脉动换流器的最小无功消耗值 测量系统误差、控制系统精度以及有载调压开关的调节死区; a b换相电抗的制造公差;
GB/I31460一2015 直流线路电阻在设计范围内取最大值(计算逆变侧换流器最大无功消耗时) 5.4交流系统无功能力 5.4.1交流系统的无功能力包括 a)交流系统无功提供能力 b)交流系统无功吸收能力 5.4.2确定交流系统的无功提供能力时,应考虑 直流额定功率运行方式; a) 交流系统典型运行方式; b 邻近发电机组的无功提供能力 c d 换流母线电压水平 无功提供能力的确定应符合DL755的规定 5.4.3确定交流系统的无功吸收能力时,应考虑 直流最小功率运行方式; ? b 交流系统典型运行方式; e)换流母线电压水平; d)临近直流的无功补偿与配置情况 无功吸收能力的确定应符合DL.755的规定 5.5换流站无功补偿总容量 5.5.1容性无功补偿设备总容量 换流站容性无功补偿设备总容量应满足式(2)要求 Qe， Qe.e ac-max 式中 Qe -换流站所需容性无功补偿设备总容量,单位为兆乏(MvE var -交流系统容性无功提供能力,单位为兆乏(Mvar); e.e 换流器最大无功消耗,单位为兆乏(Mvar); Q.m 电压修正系数，一般为0.951.0,通常取1.0 k 容性无功补偿设备总容量除满足换流器最大无功消耗外,还应留有适当备用 5.5.2感性无功补偿设备总容量 直流小功率运行时,为满足最小谴波器组和绝对最小谴波器组要求,需要投人一定数量的交流谴波 器 由于小功率运行时,换流器消耗无功较少,因而产生过剩无功,小方式无功平衡可采用4.5的方法 当采用感性无功补偿设备进行平衡时,感性无功补偿设备总容量应满足式(3)要求 QeR十Qen QR之Q k2" 式中: Q -换流站所需感性无功补偿设备总容量,单位为兆乏(Mvar r 交流系统无功吸收能力,单位为兆乏(Mvar). Qe.R 换流器最小无功消耗,单位为兆乏(Mvar): Ql.mm 为满足最小滤波器组和绝对最小滤波器组要求,需要投人的交流滤波器的无功补偿 Qimin 容量总和,单位为兆乏(Mvar); k -电压修正系数,一般为ll.05,通常取l.0.
GB/T31460一2015 换流站无功补偿配置 无功补偿设备类型选择 6.1.1换流站装设的容性无功补偿设备应采用并联电容器与交流滤波器 换流站所装设的感性无功 补偿设备通常为可投切的高压或低压并联电抗器 6.1.2容性无功补偿设备宜首选交流滤波器,满足换流母线谐波性能指标和无功补偿要求,不足部分 采用并联电容器 对于感性无功补偿设备,可设计为在换流母线上装设的并联电抗器组;当存在与换流 母线相联的联络变压器、降压变压器时,也可设计为在变压器低压侧装设并联电抗器组,此时,变压器容 量选择时应考虑并联电抗器组的容量 无功小组容量的确定原则 6.2 6.2.1无功补偿设备分组容量应综合考虑无功补偿总量、投切影响、无功平衡、电压控制、滤波要求和 设备布置等要求进行优化 6.2.2任何无功小组的投切都不应引起换相失败 6.2.3任何无功小组的投切都不应改变直流控制模式或直流输送功率水平 6.2.4无功小组容量应满足系统暂态电压波动及稳态电压波动的要求 a)投切无功小组引起的换流母线暂态电压波动应不大于2% 投切无功小组引起的换流母线电压稳态电压波动不宜大于1%,同时,为防止无功小组投切引 b 起的换流变压器分接开关频繁波动,投切无功小组引起的换流母线电压稳态电压波动也不宜 大于换流变压器有载调压开关每级步长电压的75%， 当无功小组未连接到换流母线时,小组的投切除应满足a、b)外,还应该不影响与其共母线的 其他设备的正常运行 6.2.5换流站所有同类型的交流滤波器应具有同样的额定容量;换流站所有并联电容器应具有同样的 额定容量;换流站同一电压等级母线上的多个并联电抗器应有同样的额定容量 无功大组容量的确定原则 6.3 6.3.1切除无功大组是一种非正常操作,无功大组切除不应作为无功控制功能,只能作为保护功能 6.3.2任意一个无功大组因断路器误动或保护动作切除,都不应引起直流单极或双极闭锁 为避免在 此情况下绝对最小滤波器组不满足,可以采取降低直流输送功率的办法,但不允许阶跃降低功率 6.3.3切除无功大组引起的换流母线暂态电压变化率不宜大于6% 无功大组断路器容性电流遮断能 力应满足无功大组中所有容性无功小组均投人时的容性电流遮断要求 6.3.4无功大组数量至少应为2组，一般为3一5组 6.3.5无功大组的容量还应综合换流站布置、直流系统可靠性等因素确定 6.4稳态和暂态电压波动的计算 6.4.1稳态和暂态电压波动计算可采用电力系统机电暂态程序进行 6.4.2可用式(4)作初步推算无功小组、无功大组容量的方法 无功小组或者无功大组投切与换流母 线的暂态电压波动之间存在关系如式(4) U=AQ/S×100% 式中: U 换流母线的暂态电压波动;
GB/I31460一2015 换流站投切的无功小组或者无功大组容量 O s 换流母线的最小短路容量 无功控制系统 7.1无功控制系统设计的主要原则 无功控制系统设计的主要原则如下 a)无功控制系统应保证绝对最小滤波器要求; 无功控制系统应保证换流母线电压运行在系统规定范围内; b 无功控制系统应保证最小滤波器要求; c) 无功控制系统应保证换流站与交流系统的无功平衡， d 无 功控制系统应适应直流系统单极、双极,全压,降压、金属回线、大地回线等各种运行方式; e 无功控制系统应保证所有可用的同类型无功小组的投切频率尽可能相等; 无功控制系统应保证各无功大组间无功小组投人数量的均衡性,以保证无功大组因故障退出 后,失去的无功小组尽可能的少 7.2无功控制系统的主要功能 无功控制系统通常应具备但不限于以下功能 绝对最小滤波器组控制; a b》换流母线最大最小电压限制控制U/U 注人交流系统无功最大值限制控制Q. c mx; 最小滤波器组控制 d 无功功率平衡控制/换流母线电压控制 e 可以通过设置优先级的方法实现各功能之间的协调 7.3绝对最小滤波器组控制 换流器解锁后绝对最小滤波器组控制应投人满足绝对最小滤波器组要求的交流滤波器类型和数 量 如果在指定的时间内,投人的交流滤波器没有满足绝对最小滤波器组的要求,无功控制系统则应闭 锁直流 在直流正常运行时,因交流滤波器或者无功大组出现故障而导致绝对最小滤波器不满足要求时,无 功控制应通过投人合适的交流滤波器或者降低直流功率,使绝对最小滤波器满足要求,若以上措施仍然 无法满足,无功控制系统则应闭锁直流 7.4换流母线最大最小电压限制控制 换流母线最大最小电压限制控制应能通过无功小组的投切使得换流母线电压保持在正常运行范 围内 换流母线最大最小电压限制控制包括以下功能 必投无功小组;当换流母线电压低于设定值U时,换流母线最大最小电压限制控制自动投 a 人无功小组,直到换流母线电压高于设定值Um; 禁切无功小组;当换流母线电压低于设定值U时,换流母线最大最小电压限制控制禁止无 功小组的切除操作 禁投无功小组:当换流母线电压高于设定值U时,换流母线最大最小电压限制控制自动禁 止无功小组的投人操作;
GB/T31460一2015 d)必切无功小组:当换流母线电压高于设定值Ue时,换流母线最大最小电压限制控制自动切 除无功小组,直到换流母线电压低于设定值Uae 7.5注入交流系统无功最大值限制控制 换流站注人交流系统的无功功率超过设定值时,注人交流系统无功最大值限制控制应能通过切除 无功小组使得无功交换值回到设定范围内 7.6最小滤波器组控制 为满足换流母线滤波性能要求,换流器解锁后,最小滤波器组控制应投人满足要求的交流滤波器 如果在指定的时间内,投人的交流滤波器没有满足最小滤波器组的要求,最小滤波器组控制需报警 在直流正常运行时,因交流滤波器或者无功大组出现故障而导致最小滤波器组不满足要求时,最小 滤波器组控制应通过投人合适的交流滤波器,使最小滤波器组满足要求,若仍然无法满足,则应报警 无功功率平衡控制 7.7 该功能用于控制稳态运行时换流站与交流系统的无功交换量在指定交换功率的死区范围内 为保 证该控制的可靠性并留有一定裕度,防止交流滤波器的频繁投切,无功控制的死区的确定应考虑下列因 素,并留有一定裕度 无功小组容量; a 无功小组投切过程中引起换流器、其他已投人无功补偿设备无功出力的变化 b 7.8换流母线电压控制 该功能用于控制稳态运行时换流母线电压在指定电压附近 为保证该功能的可靠性并留有一定裕 度,换流母线电压控制死区取最大无功小组投切引起的电压波动量 在换流母线电压控制能力较强的 情况下,该控制功能不宜投人运行 该功能和无功功率平衡控制功能不应同时起作用
GB/I31460一2015 附 录A 规范性附录 无功平衡的确定 换流站与交流系统的无功交换定义如式(A.1): (A.1 Q.=Qlle Ql 式中: 换流器消耗的总无功功率; Qde -交流滤波器或并联电容器组产生的无功功率减去并联电抗器吸收的无功功率的差值 Qlle 当换流站与交流系统的无功交换满足式(A.2),则认为换流站无功平衡 A.2) Qex.minQeQexmn 式中: 允许的换流站与交流系统无功交换最小值; Qx,nmin 允许的换流站与交流系统无功交换最大值 Q,mn

高压直流换流站无功补偿与配置技术导则GB/T31460-2015

随着电力系统的不断发展，高压直流输电技术的应用越来越广泛。而无功补偿则是保证电力系统稳定运行的重要手段之一。高压直流换流站作为直流输电系统的关键组成部分，其无功补偿的性能和配置至关重要。

GB/T31460-2015是高压直流换流站无功补偿与配置技术导则的标准，其中包含了许多配置技术和无功补偿方法，主要可以分为以下几类：

• 静态无功补偿：包括无功补偿电容器、电感器等，用于补偿无功功率变化引起的电压波动和电网稳定性问题。
• 动态无功补偿：包括STATCOM、SVC等，用于提高电网动态稳定性和减少电压波动。
• 谐波滤波器：用于消除电网中的谐波，提高电力系统的品质。
• UPFC等多功能装置：可以实现多种电力质量控制功能，包括无功调节、电压调节、无序电流抑制等。

除了上述无功补偿方法之外，GB/T31460-2015还对高压直流换流站的配置技术进行了详细的规定，包括主变压器的容量、极数、相数等参数的选取，以及设备的保护措施、通信互联方式等方面。

总之，GB/T31460-2015为高压直流换流站无功补偿与配置技术提供了一个统一的标准和方法，有助于提高直流输电系统的运行效率和稳定性。

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