閩粵聯(lián)網(wǎng)工程作為國(guó)家電力發(fā)展“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是國(guó)家明確的基礎(chǔ)設(shè)施補(bǔ)短板重點(diǎn)輸變電工程，也是國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)志性工程。閩粵聯(lián)網(wǎng)工程采用常規(guī)直流背靠背雙單元接線方式，直流額定電壓為±100kV，輸送容量2000MW，每個(gè)單元兩組12脈動(dòng)換流器，包括整流器和逆變器各一組，粵側(cè)12脈動(dòng)換流器中點(diǎn)（2個(gè)6脈動(dòng)換流橋之間）接地，具有雙向的功率輸送能力。

換流站閩側(cè)新建2回500kV線路，接至閩側(cè)的500kV東林變電站；換流站粵側(cè)新建2回500kV線路，接至粵側(cè)的500kV嘉應(yīng)變電站。在常規(guī)直流輸電系統(tǒng)中，換流單元需消耗大量無(wú)功，本身又是個(gè)很大諧波源，向電網(wǎng)注入大量諧波，為保證直流系統(tǒng)在各種運(yùn)行工況下將換流站交流母線電壓畸變率和電流波形畸變系數(shù)限制在規(guī)定范圍內(nèi)，需在換流站配置一定數(shù)量的濾波器，從而在達(dá)到濾波目標(biāo)的同時(shí)為換流站提供無(wú)功支撐。

1 總體設(shè)計(jì)方案

換流站一次主接線如圖1所示。本工程設(shè)計(jì)在換流站閩側(cè)和粵側(cè)交流站各配置9組無(wú)源濾波器（passive filter, PF）。閩側(cè)配置為2組HP12/24型無(wú)源濾波器、7組并聯(lián)電容器（shunt capacitor, SC）；粵側(cè)配置為3組BP11/13型無(wú)源濾波器、3組HP24/36型無(wú)源濾波器、2組HP3型無(wú)源濾波器、1組并聯(lián)電容器。其中，閩側(cè)加裝混合式有源濾波器（hybrid active power filter, HAPF），主要用途為取代無(wú)源濾波器對(duì)諧波進(jìn)行濾除。

粵側(cè)加裝升壓式有源濾波器（active power filter, APF），主要用途有：①粵側(cè)系統(tǒng)故障交流電壓跌落時(shí)進(jìn)行暫態(tài)快速無(wú)功補(bǔ)償，支撐電網(wǎng)電壓；②穩(wěn)態(tài)時(shí)減小換流站和交流系統(tǒng)的無(wú)功交換，減小無(wú)源濾波器投切時(shí)的系統(tǒng)無(wú)功波動(dòng)；③濾除低頻諧波。因此，粵側(cè)有源濾波器即靜止無(wú)功發(fā)生器（static var generator, SVG），其作用相當(dāng)于其他常規(guī)直流工程中的調(diào)相機(jī)，同時(shí)又是有源濾波器，下面統(tǒng)稱SVG-APF。

目前，閩粵聯(lián)網(wǎng)工程中HAPF和SVG-APF應(yīng)用方案尚屬國(guó)內(nèi)常規(guī)直流工程中首次應(yīng)用。由于無(wú)源濾波器技術(shù)成熟且應(yīng)用較為普遍，所以本文主要針對(duì)有源濾波器在閩粵聯(lián)網(wǎng)工程中的設(shè)計(jì)方案及其二次控保系統(tǒng)和接口方案進(jìn)行分析說(shuō)明。

圖1 換流站一次主接線

1.1 閩側(cè)HAPF設(shè)計(jì)方案

1）閩側(cè)HAPF系統(tǒng)構(gòu)成

閩側(cè)配置兩臺(tái)榮信匯科電氣股份有限公司生產(chǎn)的混合式有源濾波器，每臺(tái)包含HP12/24雙調(diào)諧高通型無(wú)源濾波器（下面簡(jiǎn)稱HP12/24濾波器）和APF兩部分，兩者以串聯(lián)方式接入換流站500kV系統(tǒng)，其中APF部分換流閥采用鏈?zhǔn)郊?jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，級(jí)聯(lián)的子模塊采用全橋結(jié)構(gòu)，單個(gè)子模塊額定電壓2400V、額定電流720A，主要由IGBT、二極管、電容器、快速旁路開(kāi)關(guān)、均壓電阻等一次元器件和中控板、取能電源、驅(qū)動(dòng)板、旁路開(kāi)關(guān)觸發(fā)板等二次板卡組成。

每相換流閥由1個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂由2個(gè)閥塔組成，每相子模塊數(shù)量28個(gè)，含2個(gè)冗余子模塊。閩側(cè)HAPF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 閩側(cè)HAPF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

HP12/24濾波器部分無(wú)功容量140Mvar，在600Hz和1200Hz處有調(diào)諧點(diǎn)，用于濾除11、13、23、25次諧波，諧波阻抗小且具有高通特性，因此APF部分輸出較小的電壓就可以實(shí)現(xiàn)高頻諧波電流控制，所需級(jí)聯(lián)的功率單元數(shù)量較少。同時(shí)由于HP12/24濾波器的基波阻抗很大，500kV系統(tǒng)的基波電壓大部分施加在HP12/24濾波器上，APF部分承受的基波電壓很低，所以HAPF不具備無(wú)功調(diào)節(jié)能力。

另外，APF部分在運(yùn)行過(guò)程中需要維持功率單元電容電壓在額定值且有能量損耗，因此APF部分在濾除諧波的同時(shí)需吸收少量有功功率來(lái)彌補(bǔ)損耗。由于HP12/24濾波器接入電網(wǎng)后會(huì)產(chǎn)生一容性無(wú)功電流，APF部分僅需調(diào)制出與無(wú)功電流相位相同的基波電壓就可實(shí)現(xiàn)有功功率的吸收，以維持自身能量穩(wěn)定。

2）閩側(cè)HAPF運(yùn)行控制模式

閩側(cè)HAPF運(yùn)行控制模式分為電流控制模式和阻抗（電壓）控制模式。

電流控制模式：其原理是通過(guò)對(duì)直流換流單元輸出電流進(jìn)行諧波采集分析，根據(jù)采集的諧波電流信號(hào)，HAPF控制APF支路輸出一反相諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，以降低流入電網(wǎng)中的諧波電流。因此電流控制模式的諧波補(bǔ)償效果受諧波電流采集精度影響，與系統(tǒng)阻抗大小無(wú)關(guān)。

電流控制模式控制框圖如圖3所示，其中諧波提取環(huán)節(jié)采用離散傅里葉變換（discrete Fourier transfer, DFT）算法進(jìn)行諧波提取，根據(jù)電流互感器頻率特性對(duì)提取出的諧波進(jìn)行修正，減小電流互感器采樣與傳輸延時(shí)帶來(lái)的影響。諧波電流控制環(huán)節(jié)采用具有相位補(bǔ)償功能的比例-諧振調(diào)節(jié)器，可以彌補(bǔ)控制延時(shí)帶來(lái)的不利影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖3 電流控制模式控制框圖

阻抗（電壓）控制模式：以往阻抗控制模式需要采集交流母線諧波電壓進(jìn)行控制，而實(shí)際應(yīng)用中由于系統(tǒng)電壓很高，普通的電壓采集裝置很難精確采集到諧波電壓信號(hào)，并且電壓采樣延時(shí)較大，因此工程中不建議直接通過(guò)采集諧波電壓信號(hào)進(jìn)行諧波電壓控制。

本工程HAPF采集交流母線電壓僅為了進(jìn)行鎖相控制和抑制電網(wǎng)的3、5、7次背景諧波，其阻抗控制模式原理是通過(guò)模擬近似無(wú)源濾波器的特性，在需補(bǔ)償?shù)闹C波頻率點(diǎn)上使APF支路呈現(xiàn)出較小的阻抗特性，達(dá)到被動(dòng)吸收諧波電流的目的。因此阻抗控制模式的濾波能力受電網(wǎng)阻抗影響較大。從阻抗角度看，APF支路的阻抗可以寫(xiě)為：

式（1）

式（1）中：ZLC為APF支路無(wú)源器件構(gòu)成的阻抗；Zctrl為APF支路電流控制器傳遞函數(shù)產(chǎn)生的阻抗。阻抗控制模式只需采集APF支路電流，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的電流控制傳遞函數(shù)在局部頻率上抵消ZLC的作用，使APF支路呈現(xiàn)低阻抗特性。APF支路在諧波點(diǎn)呈現(xiàn)出的阻抗越小，則諧波電壓抑制作用越好，但要避免出現(xiàn)負(fù)阻抗現(xiàn)象導(dǎo)致的不穩(wěn)定問(wèn)題。阻抗控制模式控制框圖如圖4所示。

圖4 阻抗控制模式控制框圖

3）閩側(cè)HAPF運(yùn)行投退控制策略

HAPF的HP12/24濾波器和APF支路投退控制策略：若投運(yùn)前HP12/24濾波器和APF支路均可用，則HAPF接收直流站控系統(tǒng)投運(yùn)指令將HP12/24濾波器和APF支路同時(shí)投入運(yùn)行；若投運(yùn)前APF支路不可用，則可僅將HP12/24濾波器投入運(yùn)行，即HAPF轉(zhuǎn)換成HP12/24無(wú)源濾波器模式運(yùn)行。

為了避免APF支路中串聯(lián)的5mH限流電感L3使HP12/24濾波器的調(diào)諧點(diǎn)發(fā)生偏移，HP12/24濾波器的電感L1的電感值設(shè)計(jì)成24.62mH和19.62mH兩檔，可在停運(yùn)時(shí)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。所以在HP12/24+APF模式（L1運(yùn)行在19.62mH檔）轉(zhuǎn)換成HP12/24無(wú)源濾波器模式運(yùn)行時(shí)，若電感L1檔位未手動(dòng)調(diào)回至24.62mH檔，HP12/24濾波器的調(diào)諧點(diǎn)將發(fā)生偏移，影響濾波效果，此時(shí)需限制直流單元輸送功率至0.5p.u.以下，同時(shí)退出換流器無(wú)功功率控制，防止換流器在大功率運(yùn)行或無(wú)功功率控制時(shí)增大換流閥側(cè)觸發(fā)延遲角造成系統(tǒng)諧波含量過(guò)大。

兩臺(tái)HAPF間投退控制策略：直流單元解鎖前，閩側(cè)兩臺(tái)HAPF以阻抗控制模式投運(yùn)一臺(tái)，解鎖后隨著直流單元功率上升按控制策略要求再次以阻抗控制模式投運(yùn)第二臺(tái)。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)HAPF檢測(cè)到第二臺(tái)HAPF投運(yùn)時(shí)自動(dòng)切換至諧波電流控制模式運(yùn)行，兩臺(tái)HAPF均用于濾除12k±1（k =1, 2, 3,…）特征次諧波及3、5、7次背景諧波。

考慮諧波電流控制模式運(yùn)行時(shí)，受高次諧波采樣精度影響造成濾波效果不佳，甚至可能造成高頻振蕩的問(wèn)題，本工程HAPF運(yùn)行于諧波電流控制模式時(shí)優(yōu)先濾除低次諧波。同時(shí)，若HAPF檢測(cè)出某次諧波測(cè)量數(shù)據(jù)異常時(shí)，可單獨(dú)退出某次諧波的濾除功能，該次諧波由該次調(diào)諧點(diǎn)的無(wú)源濾波器濾除。兩臺(tái)HAPF投運(yùn)后，當(dāng)一臺(tái)HAPF故障切除后，剩余一臺(tái)HAPF自動(dòng)切換為阻抗控制模式，但當(dāng)兩臺(tái)HAPF不可用且兩臺(tái)HP12/24濾波器不可用時(shí)，直流單元禁止解鎖。

1.2 粵側(cè)SVG-APF設(shè)計(jì)方案

1）粵側(cè)SVG-APF系統(tǒng)構(gòu)成

粵側(cè)配置思源清能電氣電子有限公司生產(chǎn)的2臺(tái)升壓式有源濾波器SVG-APF，額定電壓40.5kV（實(shí)際運(yùn)行電壓為35kV），額定電流2 080A，三相鏈?zhǔn)叫墙油負(fù)?，每個(gè)換流鏈由16只功率模塊串聯(lián)構(gòu)成，含1個(gè)冗余功率模塊，經(jīng)升壓變壓器35kV側(cè)母線接入500kV系統(tǒng)中。粵側(cè)升壓式SVG-APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 粵側(cè)升壓式SVG-APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2）粵側(cè)SVG-APF運(yùn)行控制模式

粵側(cè)SVG-APF的SVG部分控制原理在文獻(xiàn)[11]中已有詳細(xì)描述，本文不再贅述。本工程SVG不同之處在于它集成了APF功能，使用SVG剩余能力來(lái)濾除直流換流單元產(chǎn)生的低次諧波電流，其原理相當(dāng)于一臺(tái)可控電流源，控制電流源輸出與直流換流單元相反的諧波電流與之相互抵消。

粵側(cè)SVG-APF運(yùn)行控制模式：

①恒無(wú)功控制模式，直流站控系統(tǒng)在定無(wú)功控制模式下，SVG-APF實(shí)時(shí)接收直流站控系統(tǒng)下發(fā)的無(wú)功功率命令值，輸出對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率，輸出范圍為感性無(wú)功功率40～120Mvar；

②諧波補(bǔ)償模式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跟蹤電網(wǎng)目標(biāo)點(diǎn)諧波變化，輸出相應(yīng)諧波補(bǔ)償電流，補(bǔ)償換流站的3、5、7次背景諧波電流，同時(shí)在直流單元功率100MW時(shí)可輸出感性無(wú)功40～100Mvar，配合動(dòng)態(tài)無(wú)功功率控制，直流單元功率上升至450MW以上時(shí)無(wú)功出力固定為0Mvar，僅進(jìn)行諧波補(bǔ)償；

③恒電壓控制模式，直流站控系統(tǒng)在定交流電壓控制模式下，SVG-APF控制器根據(jù)實(shí)測(cè)電壓值及直流站控系統(tǒng)下發(fā)的電壓目標(biāo)值，實(shí)時(shí)計(jì)算SVG-APF所需的無(wú)功出力，并輸出對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率；

④暫態(tài)快速無(wú)功補(bǔ)償控制模式（暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)模式），僅用于工程的交流側(cè)故障穿越，當(dāng)檢測(cè)到交流電壓低于475kV時(shí)，運(yùn)行于無(wú)功補(bǔ)償模式的SVG-APF進(jìn)入暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)模式，瞬時(shí)增加160Mvar動(dòng)態(tài)無(wú)功輸出，待交流電壓恢復(fù)至495kV以上或者強(qiáng)勵(lì)時(shí)間超過(guò)10s后，該SVG-APF退出暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)模式，返回原穩(wěn)態(tài)控制模式。

3）粵側(cè)SVG-APF運(yùn)行投退控制策略

粵側(cè)SVG-APF與交流站無(wú)源濾波器投退實(shí)時(shí)配合，實(shí)現(xiàn)換流站動(dòng)態(tài)無(wú)功功率控制和諧波補(bǔ)償功能。對(duì)于動(dòng)態(tài)無(wú)功功率控制配合，無(wú)源濾波器按站控?zé)o功功率控制死區(qū)進(jìn)行投切，在無(wú)源濾波器投入時(shí)刻，SVG-APF無(wú)功出力受站控指令將無(wú)功輸出調(diào)至設(shè)定的最大感性無(wú)功值；在無(wú)源濾波器切除時(shí)刻，SVG-APF無(wú)功出力按站控指令將無(wú)功輸出調(diào)至設(shè)定的最小感性無(wú)功值，以減小無(wú)源濾波器投切引起的交流系統(tǒng)無(wú)功功率和交流電壓大幅波動(dòng)。對(duì)于諧波補(bǔ)償配合，運(yùn)行于諧波補(bǔ)償模式的SVG-APF在功率升降、無(wú)源濾波器的投切過(guò)程中，始終進(jìn)行低次諧波的濾除。

粵側(cè)兩臺(tái)SVG-APF間投退控制策略：

①兩臺(tái)SVG-APF互為冗余備用，當(dāng)兩臺(tái)SVG-APF均可用時(shí)，一臺(tái)運(yùn)行于恒無(wú)功控制模式，另一臺(tái)運(yùn)行于諧波補(bǔ)償模式；

②若僅一臺(tái)SVG-APF可用時(shí)，其僅運(yùn)行于無(wú)功補(bǔ)償模式，即如果運(yùn)行于恒無(wú)功控制模式的SVG-APF出現(xiàn)故障，運(yùn)行于諧波補(bǔ)償模式的SVG-APF立即自動(dòng)切換為恒無(wú)功控制模式繼續(xù)運(yùn)行；

③兩臺(tái)SVG-APF均有暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)能力，若兩臺(tái)均可用時(shí)，運(yùn)行于無(wú)功補(bǔ)償模式的SVG-APF進(jìn)入暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)模式直至退出的整個(gè)過(guò)程中，另一臺(tái)運(yùn)行于諧波補(bǔ)償模式的SVG-APF保持進(jìn)入暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)模式前一時(shí)刻的無(wú)功出力不變，同時(shí)退出濾波功能，在暫態(tài)強(qiáng)勵(lì)模式退出時(shí)恢復(fù)原穩(wěn)態(tài)控制模式；

④直流單元解鎖前，若兩臺(tái)SVG-APF不可用時(shí)，直流單元禁止解鎖。解鎖后，運(yùn)行中兩臺(tái)SVG-APF不可用時(shí)，需限制直流單元輸送功率至調(diào)度允許值以下，若此時(shí)直流單元無(wú)功功率控制處退出狀態(tài)，即直流單元已無(wú)法通過(guò)控制換流器的觸發(fā)延遲角來(lái)減小無(wú)源濾波器投切引起的無(wú)功功率和交流電壓波動(dòng)，可能造成換流變分接頭反復(fù)調(diào)節(jié)，此時(shí)站控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)投入無(wú)功功率控制，若無(wú)法投入則直流單元需停運(yùn)。

2 控保系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 閩側(cè)HAPF控保系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

閩側(cè)HAPF控制保護(hù)以單套HAPF為基本單元進(jìn)行配置。單套HAPF的控制和保護(hù)設(shè)備獨(dú)立配置，控制和保護(hù)采用不同主機(jī)，且采用雙重化配置。保護(hù)系統(tǒng)雙套不分主備，同時(shí)工作，一套故障不影響另一套正常運(yùn)行。

跳閘邏輯采用“啟動(dòng)+動(dòng)作”模式，啟動(dòng)和動(dòng)作的元件及回路完全獨(dú)立。保護(hù)每一重的測(cè)量回路、電源回路、出口跳閘回路及通信接口回路均完全獨(dú)立。閥組保護(hù)裝設(shè)在控制系統(tǒng)裝置中，其他保護(hù)元件裝設(shè)于獨(dú)立的保護(hù)主機(jī)中。

控制主機(jī)一主一備，任一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，不影響正常系統(tǒng)的運(yùn)行。主控制器與備用控制器之間通過(guò)冗余的光纖通信實(shí)現(xiàn)備套對(duì)主套的跟隨，主備套切換過(guò)程不會(huì)引起系統(tǒng)波動(dòng)。本工程單套HAPF的控制保護(hù)系統(tǒng)組柜配置如圖6所示，共6面柜體。

圖6 HAPF控制保護(hù)系統(tǒng)配置

1）2面互為冗余的控制保護(hù)柜A、B，每面控制保護(hù)柜包含1臺(tái)閥主控箱、1臺(tái)閥保護(hù)箱、1臺(tái)綜保裝置、1臺(tái)控制交換機(jī)、1臺(tái)保護(hù)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)HAPF的控制和保護(hù)功能，以及對(duì)閥組的漏水檢測(cè)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，將控制數(shù)據(jù)以IEC 61850通信規(guī)約上傳至運(yùn)行人員工作站和數(shù)據(jù)孿生網(wǎng)，將保護(hù)數(shù)據(jù)以IEC 61850通信規(guī)約上傳至保信子站和數(shù)據(jù)孿生網(wǎng)，將控制數(shù)據(jù)以IEC 60044—8上傳至直流控保。

2）1面監(jiān)控錄波柜，包括1臺(tái)錄波箱、1臺(tái)工控機(jī)+顯示器、1臺(tái)錄波交換機(jī)、2臺(tái)數(shù)據(jù)孿生網(wǎng)交換機(jī)A、B。監(jiān)控錄波柜用于顯示HAPF目前狀態(tài)及進(jìn)行人機(jī)交互，錄波箱負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行錄波，并將數(shù)據(jù)傳送給人機(jī)界面。

3）2面互為冗余的數(shù)據(jù)采集柜A、B，每面數(shù)據(jù)采集柜包含1臺(tái)數(shù)據(jù)采集箱、2臺(tái)接口箱，完成對(duì)一次設(shè)備、水冷系統(tǒng)等設(shè)備的高速數(shù)據(jù)采集和控制。

4）1面脈沖分配屏，包括2臺(tái)脈沖箱，分別通過(guò)光纖連接閥組各功率單元主控板。根據(jù)閥控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令，由脈沖板實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)功率模塊的交叉控制，并將功率單元的狀態(tài)反饋給閥控主機(jī)及錄波裝置。

閩側(cè)HAPF的HP12/24濾波器保護(hù)與常規(guī)直流換流站無(wú)源濾波器保護(hù)配置基本一致，技術(shù)成熟，本文不再贅述。APF部分保護(hù)配置如圖7所示，包含差動(dòng)保護(hù)、中性點(diǎn)電抗器過(guò)負(fù)荷保護(hù)、閥組保護(hù)、Q1和Q2斷路器失靈保護(hù)。其中，閥組保護(hù)又包含閥組過(guò)電流保護(hù)、閥組過(guò)電壓保護(hù)、水冷系統(tǒng)故障保護(hù)、通信異常保護(hù)、控制裝置異常保護(hù)、旁路超限（3個(gè)）保護(hù)、PT異常保護(hù)、子模塊保護(hù)（直流過(guò)電壓、直流欠電壓、驅(qū)動(dòng)異常、通信異常、電源異常）等。

圖7 APF部分保護(hù)配置

2.2 粵側(cè)SVG-APF控保系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

粵側(cè)SVG-APF控制保護(hù)系統(tǒng)以單套SVG-APF為基本單元進(jìn)行配置。每套SVG-APF的控制和保護(hù)設(shè)備獨(dú)立配置，控制和保護(hù)采用不同主機(jī)，且采用雙重化配置。單套SVG-APF的控制保護(hù)系統(tǒng)組柜配置如圖8所示，共4面柜體。

圖8 SVG-APF控制保護(hù)系統(tǒng)配置

控制系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)交叉通信?？刂葡到y(tǒng)雙套冗余配置，一主一備，單套控制系統(tǒng)柜由主控箱和脈沖分配箱構(gòu)成；每套脈沖分配箱均與模塊通信；任意N-1故障不停機(jī)，任意板塊故障或者器件故障可在線更換。保護(hù)系統(tǒng)雙套配置，不分主備，同時(shí)工作；由獨(dú)立的保護(hù)箱構(gòu)成；任意N-1故障不停機(jī)，可在線更換故障板塊或故障器件。SVG-APF保護(hù)系統(tǒng)雙套配置與HAPF一致，不再?gòu)?fù)述。

控制與保護(hù)裝置具有內(nèi)置故障錄波功能，可在系統(tǒng)故障、電氣量突變、開(kāi)關(guān)量變化時(shí)啟動(dòng)錄波，錄波信號(hào)包括模塊觸發(fā)脈沖、回饋信號(hào)、系統(tǒng)間交互信號(hào)等。裝置提供以太網(wǎng)接口，以IEC 61850通信規(guī)約與站內(nèi)保護(hù)及故障信息管理子站通信。

粵側(cè)SVG-APF保護(hù)配置分為支路保護(hù)和閥組保護(hù)。支路保護(hù)范圍從SVG-APF支路開(kāi)關(guān)QF2下端CT至末端中性點(diǎn)區(qū)域；閥組保護(hù)則是保護(hù)SVG- APF整個(gè)換流閥組。SVG-APF保護(hù)配置如圖9所示。

圖9 SVG-APF保護(hù)配置

支路保護(hù)配置有：過(guò)電流保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、啟動(dòng)電阻過(guò)負(fù)荷保護(hù)、啟動(dòng)電阻過(guò)電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、中性點(diǎn)電抗器過(guò)負(fù)荷保護(hù)。閥組保護(hù)配置有：閥組過(guò)電流、閥組直流過(guò)電壓、閥組直流欠電壓、旁路功率模塊個(gè)數(shù)超限（2個(gè)）、控制裝置異常、冷卻系統(tǒng)異常、系統(tǒng)過(guò)電壓、系統(tǒng)欠電壓、高頻保護(hù)、低頻保護(hù)、斷相保護(hù)、驅(qū)動(dòng)故障、模塊電源故障、單元通信故障、旁路失敗、閥組過(guò)溫、單元直流過(guò)電壓、單元直流欠電壓保護(hù)。

3 接口設(shè)計(jì)方案

3.1 閩側(cè)HAPF接口設(shè)計(jì)方案

閩側(cè)HAPF控制主機(jī)與直流站控系統(tǒng)接口方案是通過(guò)光纖采用IEC 60044—8通信協(xié)議進(jìn)行交叉通信，其通信示意圖如圖10所示，其信息交互內(nèi)容見(jiàn)表1。

圖10 控制主機(jī)與直流站控系統(tǒng)通信圖

HAPF控制主機(jī)與交流濾波器保護(hù)接口方案是通過(guò)電纜進(jìn)行交叉通信，其通信示意圖如圖11所示。交流濾波器大組保護(hù)和交流濾波器小組保護(hù)通過(guò)硬線將跳閘信號(hào)傳送給HAPF控制主機(jī)，控制主機(jī)收到跳閘信號(hào)后，輸出零電平，同時(shí)閉合Q1，再閉鎖閥組，同時(shí)跳開(kāi)Q2。

表1 控制主機(jī)與站控系統(tǒng)信息交互內(nèi)容

圖11 控制主機(jī)與交流濾波器保護(hù)通信

為了使閩側(cè)HAPF控制系統(tǒng)能更精確地采集直流單元注入500kV系統(tǒng)的諧波電壓和諧波電流信號(hào)，本工程通過(guò)南瑞繼保公司的光纖電子式互感器+合并單元方式進(jìn)行采集。HAPF控制系統(tǒng)與合并單元之間通過(guò)多模光纖采用IEC 60044—8通信協(xié)議互聯(lián)。為了保證HAPF的濾波性能，要求精確采集3、5、7、11、13、23、25、35、37、47、49次諧波分量信號(hào)，考慮采樣率需高于最高次（49次）諧波7～８倍的要求，采樣率需不小于20kHz，本工程采樣率為50kHz。

由于實(shí)際工程應(yīng)用中控制系統(tǒng)還需進(jìn)行幅值和相位（延時(shí)）補(bǔ)償系數(shù)調(diào)整，因此要求整個(gè)采集鏈路的傳輸延時(shí)測(cè)試準(zhǔn)確，并要求合并單元具備相應(yīng)的延時(shí)穩(wěn)定性。另外，為了便于調(diào)試期間在直流單元未帶電時(shí)進(jìn)行HAPF帶電試驗(yàn)，而此時(shí)光纖電子式電壓、電流互感器無(wú)信號(hào)輸出，HAPF無(wú)法采集系統(tǒng)電壓進(jìn)行鎖相等控制，因此需增加一備用系統(tǒng)電壓采集切換回路。

3.2 粵側(cè)SVG-APF接口設(shè)計(jì)方案

粵側(cè)SVG-APF控制系統(tǒng)與直流站控接口方案與閩側(cè)HAPF相同，SVG-APF控制系統(tǒng)與站控系統(tǒng)信息交互內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2

粵側(cè)SVG-APF濾波功能主要是濾除低次諧波，因此無(wú)需通過(guò)光纖電子式互感器+合并單元方式采集交流500kV系統(tǒng)高次諧波電壓和諧波電流，采用傳統(tǒng)電磁式互感器已能滿足采樣精度要求。

4 結(jié)論

在以往直流工程中多采用無(wú)源濾波器濾除諧波，其濾波特性受系統(tǒng)阻抗影響較大，每臺(tái)僅能濾除特定次數(shù)諧波，甚至對(duì)某次諧波還可能有放大作用，在諧波電流增大時(shí)無(wú)源濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，容易造成過(guò)載現(xiàn)象，另外無(wú)源濾波器難以兼顧直流工程的濾波、無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓需求。

相比無(wú)源濾波器，HAPF和SVG-APF除具有高度可控性和快速響應(yīng)性外還有如下優(yōu)點(diǎn)：①一機(jī)多能，不僅能同時(shí)補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變、補(bǔ)償無(wú)功等，性價(jià)比高；②濾波特性不受系統(tǒng)阻抗影響，可避免與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；③具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償諧波等。

HAPF和SVG-APF克服了有源濾波器在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用困難，在背靠背閩粵聯(lián)網(wǎng)直流工程首次成功應(yīng)用，可為后續(xù)直流工程有源濾波器設(shè)計(jì)提供參考。

本文編自2022年第8期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“閩粵聯(lián)網(wǎng)工程有源濾波器設(shè)計(jì)方案及其二次控保系統(tǒng)研究”，作者為陳明泉。