GB T 31460-2015 高压直流换流站无功补偿与配置技术导则.pdf

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1、飞. ICS 29.240.01 F 21 噩中华人民共和国国家标准GB/T 31460-2015 高压直流换流站无功补偿与配置技术导则Technical guide for reactive power compensation and allocation of HVDC converter stations 2015-05-15发布2015-12-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局也世中国国家标准化管理委员会a叩GB/T 31460-2015 目次、皿11123568定确的衡平功量置无容配uuu州制附纪晰用义u设功系如口H引定偿元制范.性和补站控嗨围范语则功流功气言范规术总元

2、换元旦采前1234567附 I 前言本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准由中国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(SAC/TC324)归口。本标准负责起草单位z国网北京经济技术研究院。本标准主要起草人z马为民、陶瑜、刘泽洪、李亚男、殷威扬、周静、蒋维勇。 GB/T 31460-2015 用皿、1 范围高压直流换流站无功补偿与配置技术导则GB/T 31460-2015 本标准提出了换流站无功平衡、无功补偿总容量及无功小组容量确定、元功控制等方面的技术要求。本标准适用于高压直流换流站无功补偿与配置。特高压直流换流站无功补偿与配置可参照本标准执行。2

3、 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单造用于本文件。GB/T 13498 高压直流输电术语GB/Z 20996.1 高压直流系统的性能第1部分E稳态DL 755 电力系统安全稳定导则DL/T 5223 高压直流换流站设计技术规定DL/T 5426 土800kV高压直流输电系统成套设计规程3 术语和定义GB/T 13498界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 换流母缉converter bus 换流站中与换流变压器直接连接的网侧交流母线。3.2 无功补偿设备reactiv

4、e power compensation equipments 交流滤波器、并联电容器、并联电抗器、动态元功补偿设备以及为投切这些设备而配置的开关设备的统称。3.3 无功小组sub-bank 可以独立投切的交流滤波器、并联电容器、并联电抗器、动态无功补偿设备等。各元功小组通过断路器接入无功大组母线。3.4 无功大组bank 接人同一段元功大组母线的所有交流滤波器、并联电容器、并联电抗器、动态无功补偿设备的组合。通常情况下，无功大组通过断路器接入换流母线。GB/T 31460-2015 3.5 无功平衡reactive power balance 换流站与交流系统之间的无功交换在系统规定的允许范

5、围内。3.6 最小滤波器组minimom filter 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入的交流滤波器组数和类型的组合。3.7 绝对最小滤波器组absolote minimom filter 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入的滤波器组数和类型组合。3.8 暂态电压波动transient Voltage floctoation 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 稳态电压谊动steady-state voltage fluctuation 在投切一组无功大组或无功小组，

6、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。4 总则4.1 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，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 元功补偿设备应合理分组。无功分组应满足GB/Z20996.1、DL/T5223、DL/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入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

7、为实现直流小功率方式下的无功平衡，可采取以下方法za) 加装可投切的低压并联电抗器zb) 加装可投切的高压并联电抗器gc) 加装动态无功补偿设备zd) 换流器大角度运行。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、快速平滑地调节元功，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 元功补偿设备的可能投切组合应避免与邻近的发电机组产生自励磁。

8、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/T 31460-2015 5 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脉动换流器的元功消耗按式(1)计算zQdc-mw=1.2+sin2-sin2(+2_.J.U曲. . . . . ( 1 ) 2 cosa一cos(a十)-式中zQdm一一单12脉动换流器消耗的无功功率，单位为兆乏(Mvar); -一换相角，单位为弧度(rad); Id 直流运行电流，单位为千安(kA); Udio 换

9、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a0 5.2 换流器最大无功消辑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，换流器最大元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元功消耗的必要方式。5.2.1.2 过负荷方式下增加的无功消艳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

10、必要方式，此方式下增加的元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 换流器最大无功消辑应用式(口，并考虑以下因素，得到单12脉动换流器的最大元功消起值za) 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类的调节死区zb) 换相电抗的制造公差5c) 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脉动换流器最大元功消耗的总和。5.3 换流器量IJ、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，换流器最小无功消麓的确定宜按直流系统正向

11、、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z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起值za) 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zb) 换相电抗的制造公差53 GB/T 31460-2015 c) 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

12、无功提供能力zb) 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za) 直流额定功率运行方式gb) 交流系统典型运行方式zc) 邻近发电机组的无功提供能力;d) 换流母线电压水平。元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za) 直流最小功率运行方式zb) 交流系统典型运行方式50 换流母线电压水平Ed) 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DL755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zQcgdc.max - QaCtC

13、一(k1)2式中zQc 二二换流站所需容性无功补偿设备总容量，单位为兆乏(Mvar); Q阻.c-一交流系统容性无功提供能力，单位为兆乏(Mvar); Qdc.Dl< 换流器最大无功消麓，单位为兆乏(Mvar); k 1 二二电压修正系数，一般为O.951儿通常取1.0.容性无功补偿设备总容量除满足换流器最大无功消起外，还应留有适当备用。5.5.2 感性无功补偿设备总容量. ( 2 ) 直流小功率运行时，为满足最小滤波器组和绝对最小滤波器组要求，需要投入一定数量的交流滤波器。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。巧采用感性无功补偿设备进行

14、平衡时，感性无功补偿设备总容量应满足式(3)要求z式中zQR QaclR Qdc.min Qfmin k2 4 Q町.R+QdQR二三Qfmin一, 一(k2)2 换流站所需感性无功补偿设备总容量，单位为兆乏(Mvar); 交流系统无功吸收能力，单位为兆乏(Mvar); 换流器最小元功消耗，单位为兆乏(Mvar); . ( 3 ) 一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容量总和，单位为兆乏(Mvar); 一一电压修正系数，一般为11.05，通常取1.0 GB/T 31460-2015 6 换流站无功补偿配置6.1 无功补偿设备类型选择6. 1. 1 换流站装

15、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元功补偿要求，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z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。6.2 无功小组容量的确定原则6.2.1 元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.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

16、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 元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%。b) 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%。c) 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

17、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z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6.3 无功大组容量的确定原则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撞波器组不满足，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 元功大组数量至

18、少应为2组，一般为3-5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二Q/Sdx 100% . ( 4 ) 式中z.U一一换流母线的暂态电压波动z5 GB/T 31460-2015 /).Q 换流站投切的无功小组或者无功大组容量zSd 换流母线的最小短路容量。7 元功控制j系统7.1 无功控制系统设计的主要原则无功控制系统设

19、计的主要原则如下za) 无功控制系统应保证绝对最小滤披器要求zb) 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zc) 无功控制系统应保证最小滤波器要求;d) 无功控制系统应保证换流站与交流系统的无功平衡;e) 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;0 元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;g) 无功控制系统应保证各无功大组间无功小组投入数量的均衡性，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zd 绝对最小滤波器组控制;b) 换流母线最大

20、最小电压限制控制(Umax/Umin);c) 注入交流系统无功最大值限制控制(Qm皿); d) 最小滤波器组控制:的元功功率平衡控制/换流母线电压控制。可以通过设置优先级的方法实现各功能之间的协调。7.3 绝对最小撞撞器组控制换流器解锁后绝对最小滤波器组控制应投入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，投入的交流滤波器没有满足绝对最小捷波器组的要求，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，无功控制应通过投入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

21、系统则应闭锁直流。7.4 换流母线最大量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.6 换流母线最大最小电压限制控制包括以下功能za) 必投无功小组z当换流母线电压低于设定值Uminl时，换流母线最大最小电压限制控制自动投人无功小组，直到换流母线电压高于设定值Uminl; b) 禁切无功小组z当换流母线电压低于设定值Umin2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zc) 禁投无功小组z当换流母线电压高于设定值Umaxl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入操作;t , GB/T 31460-2015 d)

22、 必切无功小组z当换流母线电压高于设定值Umu2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Umax20 7.5 注入交施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同到设定范围内。7.6 最小渥波器组控制为满足换流母线滤波性能要求，换流器解锁后，最小墟波器组控制应投入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

23、投入合适的交流滤波器，使最小滤披器组满足要求，若仍然无法满足，则应报警。7.7 无功功率平衡控制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za) 无功小组容量;b) 无功小组投切过程中引起换流器、其他已投入元功补偿设备无功出力的变化。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元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

24、宜投入运行。该功能和无功功率平衡控制功能不应同时起作用。7 GB/T 31460-2015 8 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.l): Q.二Qfilt.r- Qdc 式中zQdc 换流器消耗的总无功功率zQf刨d山h阳lb旬.当换流站与交流系统的元功交换满足式(A.2幻)，则认为换流站无功平衡。Q凹.min QexQex.m皿式中zQex.min允许的换流站与交流系统元功交换最小值sQexlmax二一允许的换流站与交流系统无功交换最大值。( A.l ) . ( A.2 ) 的FONlo兰的Hmu华人民共和国家标准高压直流换流站无功补偿与配置技术导则GB

25、/T 31460-2015 国中* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)68533533发行中心:(010)51780238读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X12301/16 印张1字数19千字2015年4月第一版2015年4月第一次印刷* 18.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价书号:155066. 1-51083 GB/T 31460-2015 打印H期:2015年5月28HF002