摘要：在高压直流换流站的设计中，无功补偿是重要的设计内容，直接关系到直流换流站的使用。本文将围绕无功补偿的设置内容进行分析，以供参考。
关键词：高压直流换流站；无功补偿；设置
1.前言
在高压直流换流站运行中，无功功率是不断消耗的。为了保证系统的稳定运行，换流站会采取多种方式进行无功补偿。
2直流换流站容性无功配置
2.1无功补偿总容量
（1）在主要依靠输电的直流项目中，输电侧的换流站一般位于集中供电区域，因此近场交流系统具有一定的无功支持能力。总容量和补偿通常低于接收转换站的比率。
（2）由于换流站附近的交流系统的无功功率支持能力不同，每个发射机换流站的无功功率补偿变化很大，最小为33％，最大为65％。
（3）受电侧的转换站一般位于负载的中心，消耗大量的无功功率，因此近场交流系统基本上没有能力提供无功功率，主要是自平衡型。每个直流输电项目的技术路线都略有不同，但是从每个接收换流站的无功补偿的角度来看，接收换流站的总体无功补偿的程度并没有太大差异。
（4）背靠背直流换流站与传统的长距离直流输电工程之间存在一定的差异。缺乏清晰的发射端和接收端定义限制了近场交流系统的无功功率支持能力，背靠背直流换流站两侧的能力具有相对较高的总容量和工作补偿度，从60％开始，介于73％之间。
2.2无功分组容量
（1）对于相同的直流项目，接收换流站的无功功率组的容量通常大于发射换流站的容量。
（2）大多数换流站具有相同的交流滤波器组和并联电容器组容量，但某些换流站具有不同的交流滤波器组和并联电容器组容量。为了在转换站的轻载模式下达到感应无功功率平衡，抑制由于无功功率组切换而引起的电压波动，减少无功功率组的数量并减少投资，AC滤波器组的容量将较低。对于已配置和并联的电容器组，最好取一个较大的值。除了由组切换引起的电压波动外，可以看出，转换器站无功补偿器容量的选择还需要结合交流滤波器设计加以考虑和优化。
3.换流站无功控制及调节方式
3.1交流系统无功能力支持
配置换流站无功补偿时，要充分利用交流系统的无功支持能力，以减少换流站的无功补偿能力，节省无功补偿器，无功补偿器的投资。投资相应的变压器设备，控制和保护设备，减少分组。如果换流站靠近发电厂或发电厂组，例如水电站直流输电项目的整流站，则当直流系统在重负载下运行时，它将使用一些交流系统的无功功率，可以达到减少安装电容式无功补偿器的目的。当直流系统在小负载下运行时，发电机的相线超前功能可用于吸收换流站的一些多余无功功率，并达到减少电感性无功功率补偿器的目的。如果接收转换器位于负载中心，则将转换器AC总线用作AC系统的集线器总线，并且总线电压应保持基本恒定。在长距离大容量的直流输电项目中，降落地点位于电力系统的负载中心或基点，因此设计原则是保持转换站本身的无功功率平衡，而不与交流系统进行无功交换。直流输电系统的运行模式是确定交流系统无功功率支持的最重要因素。对于不同的直流输电运行方式，应合理选择卧式年份，电网结构和启动方式，结合项目运行和电网发展的实际情况，按有关规定和准则进行综合计算。
3.2变压器抽头调节及触发角调节
换流变压器抽头控制是直流输电控制系统中的一个链接，用于自动调节换流变压器的有载分接开关的位置。其目的是将整流器的触发角或逆变器的消光角保持在指定值。
为了使直流电压或空载电压保持在规定范围内或变流器变压器阀侧绕组上的规定范围内，控制策略必须与变流器控制模式相协调。当变流器变压器的抽头位置改变时，变流器触发角度也将改变，并且变流器吸收的无功功率也会改变。角度控制和抽头电压控制是一种主要的控制方法，也是一种辅助调节。其特点是转换器可以在各种工作条件下保持较高的功率因数。这意味着转换器将传输相同的直流功率，而吸收的无功功率则更少。缺点是，当以固定角度控制为主时，变流器抽头的频率将更加频繁，并且应缩短变流器的维护周期以确保设备的安全。由于换流变压器的分接开关是机械式的，因此通常需要3到5秒钟来切换一个档位，并且控制速度很慢，因此通常用作调节直流输电系统输电功率的辅助手段。在项目中，一些辅助链路通常还包括极地控制系统。通过调节转换器触发角度，可将无功功率连续控制在一定范围内，从而限制了无功功率单元切换过程中的瞬态电压波动，优化了无功功率控制的整体性能。通常在低负载条件下使用，以增加触发角性能，从而增加转换器无功功率消耗并减少转换器站并联电抗器配置。该方法可以平滑地调节换流站的无功功率，并具有快速的调节速度，但是限制了调节范围，并且损失了直流系统运行的经济性。
4.换流站串联无功补偿装置
4.1电容换相换流器CCC
CCC在转换器变压器和转换器阀之间连接冷凝器。如果换流阀发生故障，则必须并联连接金属氧化物可变电阻器，以避免由于在特定方向上对串联电容器长期充电而导致的过电压。可以使用CCC代替并联电容器的输入，但是AC侧滤波要求仍然需要AC滤波器。当电流流过电容器时，电容器与线路串联连接，从而在电容器上产生补偿电压。该电压由负载电流自动调节，并且无功功率补偿量可以根据系统电流的变化自动调节。使用CCC消除了对并联电容器组的需求，并允许CCC执行大量无功功率补偿任务。仅当CCC满载且所需的滤波器电容较小时，才使用AC滤波器提供的无功功率来补偿无功功率不足。同时，该装置为主阀提供强制换向装置，以防止换向失败。CCC提高了电力系统的抗干扰能力。即使交流电源系统受到严重干扰，直流系统也将以足够的余量保持安全稳定的运行，并起到隔离故障的作用。随着系统电流的变化，它会自动调整无功补偿量。这提供了良好的补偿效果，并大大提高了转换器的动态稳定性。在弱交流系统的情况下，动态行为会更加稳定，在三相交流故障或直流线路故障和阀门短路故障的情况下，其故障恢复特性优于常规变频器，因此它们可以承受整流故障。改善了阀门的工作能力，降低了负载突降过电压，整流器中的阀门短，并且通过电流小于普通逆变器。在非对称故障中，CCC系统的恢复特性不如常规转换器系统的恢复特性，并且无法恢复自然换向转换器之类的正常操作。
4.2晶闸管控制串联补偿技术
如果在交流系统和换流变压器之间安装TCSC串联电容器，可能会发生铁磁振荡，为避免这种情况，改进了CCC的结构，并通过晶闸管控制了串联电容器TCSC。它由一个与晶闸管控制的电抗器TCR并联的电容器组成。TCSC的稳态基波阻抗可以认为是由恒定电容性阻抗XC和可变电感性阻抗XL组成的并联，并且可以通过控制触发延迟角来调整串联补偿阻抗。TCSC具有以下优点：可以快速，连续地调节输电线路串联的补偿程度；可以动态控制输电线路的潮流，优化电网的潮流分配，减少网络损耗。通过减少功率流并控制功率振荡，可以改善和抑制电力线串联SSR的补偿，提高电力系统的静态和暂态稳定性，调整母线电压。帮助和减轻电压不稳定性问题。可以切换到可控的电感模式以减少线路短路电流。缺点是TCCRTCR支路电流包含大量谐波，这会在电容器电压中引起谐波，并且需要安装专用滤波器。
5.结束语
综上所述，直流交流站的补偿方式多为无功补偿。通过无功补偿实现对交换流器和系统的平衡控制。因此，我们要充分发挥无功补偿的优势，提高直流换流系统的稳定性。
参考文献
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