向家坝±800kV特高压换流站容性无功配置研究.pdf

第 3 l 卷第 3期 2 0 0 8 年 o 6 月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n E l e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 3 l 。 No 3 J u n 2 0 0 8 向家坝 8 0 0 k V特高压换流站容性无功配置研究 王海 林 ， 黎岚 。 吴安 平 ( 西南电力设计院 ，四川 成都6 1 0 0 2 1 ) 摘要 ： 通过 向家坝 8 0 0 k V特高压直流换流站 额定 功率运行 方式 下最大容性 无功 消耗 的计 算 ， 换 流站 附近交流 系 统提 供容性无功能 力的 分析 ， 换流站容性无功 大组和 小组分组容 量的 选择 ， 确定 了向 家坝特 高压换 流站容性 无功 配 置方案。 关键词 ： 特高压直流 ； 换流站 ； 无功 消耗 Ab s t r a c t ：Af t e r c a l c u l a t i n g t h e m a x i mu m c a p a c i t i v e r e a c t i v e p o w e r c o ms u p t i o n o f-1 - 8 0 0 k V X i a n g j i a b a UHVD C C o n v e r t e r S ta ti o n d u r i n g t h e s t e a d y s t a t e c o n di t i o n。a n aly z i n g t h e c a p a b i l i t y o f t I l e AC s y s t e m s u p p l y i n g t h e c a p a c i t i v e r e a c t i v e powe r a n d p r o po s i n g the b ank s a n d s u bb a n k s o f the c o n e rt e r s t a t i o n ，t h e c a p a c i t i v e r e a c t i v e pow e r d i v i s i o n s c h e me o f X i a n g j i a b a UHV DC C o n v e rt e r S t a t i o n is d e s i g n e d Ke y wo r d s：UHVDC；c o n v e rte r s t a t i o n；r e a c t i v e po we r c o ms u p t i o n 中图分类号 ： T M 7 2 1 1 文献标 识码 ： A文章编号 ： 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 0 9 0 3 直 流换 流站 的换 流 阀组 在 换 相 过 程 中会 消 耗 大 量的容性无功 ， 其消耗容性无功大小与直流系统的输 送容量 、 触发角等因素有关 。一般情况下 ， 应在换流 站安装容性无功补偿装置来补偿换 流站运行时消耗 的容性 无功 。 通过对向家坝 一上海 8 0 0 k V特高压直流工程 送端向家坝换流站额定功率方式下最大容性无功消 耗的计算， 向家坝换流站附近 5 0 0 k V交流系统提供 容性无功能力的分析 ， 以及向家坝换流站容性无功大 组和小组分组容量的选择 ， 最后确定了向家坝换流站 共需配置的容性无功总规模及容性无功大组和小组 的分组容量。 1 金沙江一期工程送端 接人方 案简介 金沙江一期工程向家坝 、 溪洛渡水电站装机容量 分别为 6 0 0 0 ( 87 5 0 ) M W 和 1 2 6 0 0 ( 1 8 7 0 0 ) MW， 考 虑通过 3回 8 0 0 k V特高压直流工程送 电华东电网 和华 中东 部 四省 电 网 ， 其 中送 华 东 电 网 2回 ， 送 华 中 东部四省 电网 1回， 每回特高压直 流送电规模 均为 6 4 0 0 MW 2 向家坝换流站无功消耗计算 直流换 流站 在换 相 过 程会 消耗 大 量 的 容性 无 功 功率。换流站容性无功功率消耗 的大小与直流送电 功率 、 直流电压 、 直流电流及换相角等设备额定值 、 运 行参数等因素有关。对于一个 6脉动整流侧换流器 所消耗的容性无功功率可根据下面的公式计算( 对于 逆 变器侧 换 流器 ， 应把 a换 为 y ) ： Q 出 = 2 (co sa - 2 d x 急 一 a 式中 ： Q 如 换流器消耗的无功功率 ； 额定 直 流电 流 ； 每个 6脉动阀组理想空载直流电压 ； d 相对电感压降； 换 相 角 ； a 触发角； y 熄弧角。 为了给实际运行留有一定裕度 ， 换流站容性无功 配置须按直流工程额定功率运行 ， 同时考虑各种设备 公差和测量误差等因素后 的最大容性无功消耗进行 计 算 。 由于向家坝 一上海 8 0 0 k V特高压直流工程每 极采用两个 1 2 脉动阀组 串联， 上下 1 2脉动阀组电压 均为 4 0 0 k V， 考虑各种设 备公 差和测量误差后( 对 应各参数 的取值分 别为： 。 =2 3 2 6 k V， =4 0 4 6 A， d x =0 0 9 6 6 ， =2 2 7 。 ， 口=1 8 。 ) ， 在额定功率运行 时 ， 向家坝换流站最大容性无功消耗约 3 8 2 0 Mv a r 。 维普资讯 第 3 1 卷第 3 期 2 0 0 8年 o 6月 四 J I I电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y Vo I _ 3 1 No 3 J u n ， 2 0 0 8 3 向家坝换流站容性无功分组研究 3 1 交流 系统提 供容性 无功 能力分 析 由于 向家坝 水 电站距 离 3 个 换流站 均较 近 ， 相 对 具有 更好 的容性无 功支持 能力 ， 因此 金沙江 一期送 端 交流系统提供容性无功的能力主要取决于向家坝水 电站 的开机 台数 。 同时 ， 由于金 沙 江一 期 溪 洛渡 、 向家 坝水 电站 联 合 运行 时具有季 调节 能力 ， 在 丰水 期( 6月 l 0月 ) 可 充 分利用 金沙江 一期 工 程 的这 一 能力 参 与 四川 系统 调峰 ， 按向家坝换 流站 泸州 3回联络线 Nl的热 稳极 限控 制 ， 四川 电网 丰期 可 补 充 3 0 0 04 0 0 0 MW 电力、 3 5 4 5 亿 k W h电量。经计算分析， 这种调峰 运 行方式 下金 沙江 一期 3回 特高 压 直 流工 程 的输 电 利用小时 均 可 增 加 约 1 8 02 3 0 h ， 经 济 效 益 相 当可 观 。因此 ， 应 以调峰 运行方 式作 为金 沙江一期 送端交 流系统提供容性无功能力的主要控制方式。 基 于 以上 分析 ， 计 算 出金沙 江一期送 端交 流系统 在丰水 期 不 同 运 行 方 式 下 提 供 容 性 无 功 能 力 约 为 2 3 4 7 M v a r 2 7 8 0 M v a r 。其 中金 沙 江 一 期 送 端 交 流 系统提供 容性 无 功 能力 为 2 3 0 0 M v a r 对 应 的运 行 方 式为 ： 溪洛渡左右岸 电站和向家坝左右岸电站均停运 1台机 组 ， 同时 四J l l 主 网补 充 3 5 0 0 MW 电力 至 金沙 江一期送端系统 ， 以保证 3回特高压直流按额定功率 送 电的调峰 方式 。该 运行 方 式 下交 流 系 统 提供 容 性 无功能力的详细计算结果如表 1 所示。 考 虑到 向家坝 特 高压 换 流 站距 离 金 沙 江一 期水 电站那相对最近 ， 最有条件接受交流系统提供的容性 无功 ， 在不影 响溪 洛 渡左 、 右 岸 2个 换 流 站 可研 阶段 确定 的总容性 无功 配置 3 2 0 0 Mv a r 的前提 下 ， 交流 系 统提供给溪 洛渡左 、 右岸换 流站 的容性 无功可均按 6 5 0 M v a r 考虑 ， 提供给向家坝换流站的最大容性无功 可按 1 0 0 0 Mv a r 考 虑 。 3 2 向家坝换流 站容 性无功 分组 研究 换流站最大无功分组容量取决于交流系统的强 弱 ， 其 分组 容量大小 需满 足投切 无功 分组时 系统稳 态 电压变化和暂态电压变化率的要求。根据以往直流 工程设计经验值， 投切无功小组引起的换流站交流母 线暂态 电压 变化率 1 5 、 稳 态 电压 变化率 1 2 5 ； 切无 功大组 作 为 一种 非 正 常运 行 方 式 ， 不 应 作 为无功配置的控制方式 ， 只能作为一种保护功能 ， 切 1 n 无功大组引起的换流站交流母线暂态电压变化率可 适 当放 宽至 5 6 。 表 1 金沙江一期交流系统提供容性无功能力 MV a l “ ( 注 ： 向家坝 、 溪洛渡 电站功率 因素分别为 0 9和 0 9 4 ， 向家坝 换流站 泸 州线路充 电功率和 高压并联 电抗 器( 3 X 9 0 M v ”) 均按一半考虑 ， 47 2 0 m m 2和 44 0 0 m m 2的 5 0 0 k V线路 每 1 0 0 k m充 电功率分别按 1 1 9 M v a r 和 1 1 4 M v a r 考虑 ) 电压波动计算结果表明 ： ( 1 ) 枯水期小方式是决定 向家坝换流站最大容性 无功 分组 的控制方 式 。 ( 2 ) 投切无功小组 ： 向家坝 一上海 8 0 0 k V特高 压直流工程投产初期( 2 0 1 2年左右) 的正常接线方式 下 ， 投切 向家坝换 流站 2 2 0 M v a r 无功小 组 引起的换 流 站 5 0 0 k V交流母线的最大暂态电压和最大稳态电压 变化 率 分别 小 于 1 ， 5 和 1 1 5 ； 随着 溪 洛 渡左 、 右 岸 电站的投 运 ， 2 0 1 5年 及 以后 ， 无 论是 正 常接 线 或是 N一1 接线方式 ， 投切 向家坝换流站 2 2 0 Mv a r 无功小 组引起的换流站 5 0 0 k V交流母线 的最大暂态电压和 最大 稳态 电压变 化率均 分别小 于 1 3 和 1 0 。 ( 3 ) 切无 功大组 ： 向家 坝 一上 海 8 0 0 k V特 高压 直流工程投产初期的正常接线方式下 ， 切向家坝换流 维普资讯 第 3 l 卷第 3期 2 0 0 8年 0 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l ec t r i c P o w e r T e c h n o l o g y V o 1 31 N o 3 J u n 2 0 0 8 站 8 8 0 b l v a r 无 功大 组引 起 的换流 站 5 0 0 k V交流母 线 的最大暂态 电压 变化率 均小 于 5 8 ； 随着溪洛 渡 左 、 右岸电站的投运 ， 2 0 1 5年及 以后 ， 无论是正 常接 线 或是 N一1 接线 方式 ， 切 向家 坝换 流 站 8 8 0 Mv a r 无 功大组引起的换流站 5 0 0 k V交流母线 的最大暂态电 压变化率均小于 4 8 。 因此 ， 向家坝换 流 站容性 无 功小组 最 大容量 可按 2 2 0 M v a r 考虑 ， 容性无功大组 容量可按 8 8 0 Mv a r考 虑。 4 向家坝换 流站容性无 功配置方案 根据 直流 工程 容性 无功 补偿 总容 量配 置原 则 ， 换 流站站内容性无功补偿总容量应满足如下要求 ： Q z ( Q d 一Q ) ( u ) +Q 。 6 式 中 ： Q 。 f 换 流站 需要 的无 功补 偿容 量 ； Q 如 换 流站 无功 消耗 容量 ； Q 交流系统提供的容性无功容量 ； Q 换流站备用容性 无功容量( 按 1 2小 组 无功 考虑 ) ； 。 换 流站 交流母 线 电压标 么值 ( 按 1 0 P u 考虑 ) 。 对 于 向家坝 8 0 0 k V换 流站 ： Q f ( Q d 一Q ) 1 0 +Q 曲 简 讯 = ( 3 8 2 01 o o 0 ) 1 0 +2 2 0 =3 0 4 0 MVa r ( 说 明： 由于金沙江一期送端 3个换流站之间电 气距离近( 各换流站之间仅相距约 2 0 k m) ， 从节约投 资和占地角度 出发 ， 送端 3个换流站可看作一个大换 流站来考虑无功备用， 因此向家坝换流站仅需考虑 1 小组容性无功备用即可满足工程要求。 ) 根据向家坝换流站站内容性无功配置总规模 的 分析 ， 为 了保证 向家坝 一上海 8 0 0 k V特高 压直流 工程运行的灵活性和可靠性 ， 同时尽可能减小换流站 无 功分组 规模 ， 建议 向家 坝换 流站 的容性 无功 总规模 按 3 0 8 0 Mv a r 考 虑 ， 分 4大组 ， l 4小组 ， 每大组容 量不 超 过 8 8 0 M v a r ， 每 小组容 量 为 2 2 0 M v a r 。 5 结束语 通过对向家坝 一上海 8 0 0 k V特高压直流工程 送端 换流 站额 定功 率 运行 方 式 下 最 大容 性 无 功 消耗 的计算， 金沙江一期送端 5 0 0 k V交流系统提供容性 无功能力的分析， 以及向家坝换流站容性无功大组和 小组分组容量的选择 ， 最后确定了向家坝特高压直流 换 流站共 需 配 置 3 0 8 0 M v a r 容 性 无 功 ， 分 4大 组 ， 1 4 小组 ， 每大组容量不超过 8 8 0 Mv a r ， 每小组容量为 2 2 0 Mv a l “ 。 ( 收稿 日期