同步調相機對直流逆變站運行特性的影響分析

張芬芬 王立峰

摘要：特高壓直流換流站中配置的無功補償裝置主要是用于提供有功功率以及傳輸時所消耗的無功功率，所以其動態特性將會對交直流混聯電網的電壓穩定性、直流運行特性等造成直接的影響。基于直流逆變站的控制特性，對同步調相機對直流逆變站的運行特性的影響進行深入分析，以期為直流饋入電網中的大容量調相機的接入奠定一定的理論基礎。

關鍵詞：同步調相機;直流逆變站;運行特性

我國各大地區和獨立省的互聯網已經進入到實施的階段，利用直流輸電作為異步聯網其在經濟上、技術上以及安全性能方面的都是都得到世界范圍的認可。所以直流輸電技術因其在經濟上和技術上的獨特優勢，遠距離大容量輸電在我國電力工業發展上起到了較為重要的作用。我國已經成為世界范圍內直流輸電應用前景較為廣闊的國家。

隨著我國直流輸電設備的不斷投成及建設，尤其是對于東部地區的電網建設而言，增加直流饋入的容量，將會使得交流電網逐漸變弱，通過增加同步調相機能夠使得電網電壓趨向于穩定，從而為電網安全、穩定運行提供有效的措施。因此，本文主要對同步調相機的運行特性進行分析，研究其對直流逆變站控制特性以及無功電壓的影響等內容，以期能夠為接下來的電網建設提供幫助。

1.同步調相機的背景

近年來，隨著特高壓直流輸電的快速、規模化建設，特高壓直流電網對動態無功補償的需求不斷增加，而這也就意味著對同步調相機系統的無功功率需求越來越大。同步調相機能夠對送電側的無功功率和電力系統中所接受的無功功率進行動態的調整，從而使得系統電壓及無功功率的穩定性得到保證。同步調相機具有較強的無功功率補償功能，例如：可以連續輸出可變的輸出功率以及具有故障穿透能力。下面對同步調相機現有設備中的典型配置以及控制策略進行解釋說明。將兩套300Mvar同步調相機和兩組SFC作為例子進行如下說明，兩組SFC作為配件，其可使用開關對同步調相機進行控制。當SFC拖動并調節同步調相機從而啟動逆變器的時候，激勵電流將會施加到同步調相機轉子以外的轉子磁場。此時SFC系統的啟動功率是由外部的10KV電源所提供的。當12脈沖晶閘管完全被控制的時候，其中間為直流平滑電抗器，當橋側翻轉的時候，逆變橋將使用6沖的晶閘管對電橋進行完全控制，此時逆變器的電壓與交流和直流側的輸出開關相連接。若是此時發送端和輸出端同時進行工作，則會面臨較大的問題出現，極有可能會導致調相機無法正常工作，從而使得電網運行的穩定性無法保證[1]。

SFC啟動模式具有控制高頻和調節范圍寬等功能，其能夠對各種起始要求進行很好的滿足，例如：在進行調相機啟動和快速啟動的時候，操作程序都較為加單，并且維護上也更加便捷，所以同步調相機的使用前景還是較為樂觀的。

2.直流逆變站的控制配置

2.1直流電流控制

根據電流的裕度控制原則，逆變器也需要安裝電流調節器，但是逆變器的電流調節器的整定值與整流器的數值相比，通常較小。只有當整流側的電壓幅度明顯降低或者是直流電壓的電壓值大幅度上升的時候，才會對整流側的最小觸發角進行控制，而也將對逆變側的定電流進行控制[2]。

2.2直流電壓控制

逆變站對直流電壓進行控制的時候，其控制方法與定熄弧角的控制方法相對比，此種控制方法更利于對受端交流系統的電壓趨向于穩定。另外，逆變站對直流定電壓進行控制的時候，在增加直流電壓的時候同時也會保留一定的調節裕度，而在額定工況的條件下，此中控制方法相對于定熄弧角控制而言，控制方法更好。

2.3最大觸發角限制

為了避免由于超調從而使得逆變器的觸發角過大的情況出現，這樣將會使得逆變器的熄弧角過小，從而使得換相失敗，所以設置更大的觸角，通常在設置觸角的時候，其最合適的角度為150-160°之間[3]。

2.4定熄弧角控制

熄弧角指的是從被換相的閥電流從零算起，到該閥重新被加上正相電壓為止這段時間對應的電角度。若是熄弧角的角度過小，則會使得晶閘管不能完全恢復正向的阻斷能力，并且在疊加上正相電壓，其將重新進行導通，而這將會出現倒換相的情況，也可將此種情況稱之為換相失敗。為了避免出現換相失敗的情況，應該將熄弧角的角度控制到最大，但一旦熄弧角的角度變大，則會使逆變器的功率下降，從而使得所消耗的無功功率增加。根據實際的工程經驗，熄弧角的適宜角度在15-18°之間最為適宜。

3.同步調相機的直流逆變站無功電壓的特性

當逆變站交流側的母線降低的時候，則在換流變分接頭保持不變的情況下，會使得直流電壓也呈現下降的趨勢，而在逆變側定熄弧角的控制下，會使得熄弧角的角度保持不變。此時，整流側對定電流進行控制，而這樣將會使得直流功率與直流電壓的變化形式逐漸趨向一致;而調相機無功出力將隨著電壓的下降呈現增加的趨勢，這樣能夠使得交流電網在最快的時間內恢復[4]。

4.同步調相機的控制策略

4.1同步調相機對HVDC輸電系統電壓穩定的控制策略

當電力系統出現電壓擾動情況的時候，需要進行無功功率補償從而使得電壓維持穩定。隨著直流輸電系統容量的快速增加以及電壓逐步上升，此時無功功率的補償格外重要，直流輸電系統中的換流器若想正常運轉，其所需要的無功功率是由交流電網所提供的，從而使得電網維持穩定。

4.2新一代大容量調相機的控制策略

新一代大容量調相機相對于傳統的調相機而言，其具有優良的動態無功補償性能。當電力系統出現故障的時候，新一代的同步調相機能夠快速提供動力，從而補償無功功率。同步調相機的啟動方式主要是通過啟動馬達，直接起動、降壓啟動及靜態變頻器SFC啟動這四部分組成的。經過相關的文獻資料表明，靜態變頻器具有結構簡單、配置靈活以及維護量小的特點，所以此優點也成為了啟動調相機的最佳啟動方式。

5.總結

同步調相機接入到直流逆變站中的時候，能夠快速捕捉到系統所需要的無功功率，這樣同步調相機系統的反應性儲備能夠快速提高，從而使得系統的運行效率得到提升。通過本文的研究為大型同步調相機的控制策略提供一定的參考。

參考文獻

[1]劉俊.同步調相機啟動及控制策略在工程中的應用[J].集成電路應用，2019，36（10）：32-33.

[2]崔一鉑，胡鵬，凌在汛，蔡萬里.新型大容量同步調相機組技術特點分析[J].大電機技術，2019（02）：36-38+62.

[3]廖文輝，曾鑫鑫，謝星宇.逆變站穩定性影響分析及控制參數優化整定[J].電力學報，2017，32（06）：447-453.

[4]張寧宇，劉建坤，周前，汪成根.同步調相機對直流逆變站運行特性的影響分析[J].江蘇電機工程，2016，35（03）：17-20.