李劍波 劉 黎 苗曉君 劉明康 喬 敏

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

柔性直流輸電是基于全控型電力電子器件的新一代直流輸電技術(shù)，是當(dāng)今世界電力電子技術(shù)應(yīng)用的制高點(diǎn)。柔性直流輸電技術(shù)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)無(wú)功儲(chǔ)備，改善電能質(zhì)量，解決非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的影響等方面都具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由于其本身具有的技術(shù)特點(diǎn)，柔性直流輸電系統(tǒng)適用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、海上平臺(tái)供電和大型城市電網(wǎng)供電方面，柔性直流輸電系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢(shì)更加明顯[1-2]。

為提高舟山群島各島供電能力和供電可靠性，解決電能質(zhì)量偏低、風(fēng)電等可再生能源接入電網(wǎng)等一系列問(wèn)題，同時(shí)掌握多端柔性直流輸電核心技術(shù)，國(guó)家電網(wǎng)公司在舟山建設(shè)多端柔性直流輸電工程。工程采用最新型的模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter，MMC）[3]，在舟山本島、岱山島、衢山島、泗礁島及洋山島，各建設(shè)1 座換流站，直流電壓等級(jí)為±200kV，設(shè)計(jì)容量分別為舟定站400MW、舟岱換流站300MW、舟衢換流站100MW、舟洋換流站100MW、舟泗換流站100MW。

1 舟山多端柔性直流系統(tǒng)接入方式

舟定換流站通過(guò)定云2R38 線接入220kV 云頂變、舟岱站通過(guò)岱蓬2R37 線接入220kV 蓬萊變；舟衢換流站通過(guò)衢大1934 線接入110kV 大衢變、舟洋換流站通過(guò)洋沈1933 線接入110kV 沈家灣變、舟泗換流站通過(guò)大嵊泗1932 線接入110kV 嵊泗變。舟山多端柔性直流輸電系統(tǒng)的交直流耦合電網(wǎng)，其電氣結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 舟山柔直換流站電氣主接線

舟山柔直換流站一次主要設(shè)備包括交流線路、直流線路、直流母線、換流閥等，一次設(shè)備電氣接線圖如圖2所示。

圖1 舟山多端柔性直流輸電系統(tǒng)的 交直流耦合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

柔性直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和常規(guī)直流輸電系統(tǒng)相比，存在較大的差異，柔性直流對(duì)電能的控制和調(diào)節(jié)更加靈活、快速，不存在換相失敗問(wèn)題，無(wú)需配置濾波及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，易于構(gòu)建多端直流，利于電網(wǎng)黑起動(dòng)。此外，因起動(dòng)電阻、橋臂電抗器、平波電抗器、換流器都是柔性直流特有的設(shè)備，因此多端柔直換流站起停順序與交流變電站、常規(guī)換流站有很大的不同。

柔直換流站內(nèi)交流進(jìn)線、直流線路、聯(lián)結(jié)變常規(guī)電氣設(shè)備狀態(tài)定義于交流站類似，其特殊設(shè)備狀態(tài)定義如下。

1）換流閥

檢修：起動(dòng)電阻旁路閘刀拉開(kāi)位置，換流器正負(fù)極閘刀拉開(kāi)位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在合上位置。

圖2 舟山柔直換流站一次系統(tǒng)圖（舟定換流站為例）

冷備用：安全措施拆除，起動(dòng)電阻旁路閘刀拉開(kāi)位置，換流器正負(fù)極閘刀拉開(kāi)位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置。

極連接：起動(dòng)電阻旁路閘刀拉開(kāi)位置，換流器正負(fù)極閘刀合上位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置，閥閉鎖。

2）充電

（1）HVDC 充電：起動(dòng)電阻旁路閘刀合上位置，換流器正負(fù)極閘刀合上位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置，閥閉鎖。

（2）STATCOM 充電：起動(dòng)電阻旁路閘刀合上位置，換流器正負(fù)極閘刀拉開(kāi)位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置，閥閉鎖。

3）運(yùn)行

（1）有源HVDC 運(yùn)行：起動(dòng)電阻旁路閘刀合上位置，換流器正負(fù)極閘刀合上位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置，閥以有源HVDC 控制方式觸發(fā)導(dǎo)通。

（2）無(wú)源HVDC 運(yùn)行：起動(dòng)電阻旁路閘刀合上位置，換流器正負(fù)極閘刀合上位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置，閥以無(wú)源HVDC 控制方式觸發(fā)導(dǎo)通。

（3）STATCOM 運(yùn)行：起動(dòng)電阻旁路閘刀合上位置，換流器正負(fù)極閘刀拉開(kāi)位置，換流閥相關(guān)接地閘刀在拉開(kāi)位置，閥以STATCOM 控制方式觸發(fā)導(dǎo)通。

3 直流系統(tǒng)起動(dòng)/停運(yùn)流程

換流站的站控系統(tǒng)接收來(lái)自運(yùn)行人員通過(guò)運(yùn)行人員工作站采用手動(dòng)方式下達(dá)起動(dòng)/停運(yùn)直流系統(tǒng)的指令。起動(dòng)/停運(yùn)直流系統(tǒng)的順序流程如圖3所示。

3.1 直流系統(tǒng)起動(dòng)流程

起動(dòng)順序流程如圖3所示，順序如下：

1）關(guān)上閥廳門且將閥廳門鑰匙鎖定在閉鎖狀態(tài)。

2）打開(kāi)閥廳地刀。

3）處于冷備用狀態(tài)。

4）極連接。

5）對(duì)聯(lián)結(jié)變壓器和子模塊進(jìn)行充電完畢，起動(dòng)電阻退出。

6）處于換流閥充電狀態(tài)。

7）閥解鎖。

8）處于直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 直流系統(tǒng)正常停運(yùn)流程

正常停運(yùn)直流系統(tǒng)的順序流程如圖3所示，順序（按圖3中起動(dòng)順序的序號(hào)逆向依次操作）如下：

1）閥閉鎖。

2）到換流閥充電狀態(tài)。

3）聯(lián)結(jié)變壓器放電。

4）極隔離。

5）到冷備用狀態(tài)。

6）合上閥廳地刀。

7）釋放閥廳鑰匙，允許打開(kāi)閥廳門。

圖3 直流系統(tǒng)起動(dòng)/停止順序流程

此時(shí)，直流系統(tǒng)停運(yùn)。換流站回到檢修狀態(tài)，可進(jìn)入閥廳進(jìn)行檢修。

3.3 舟山多端柔性直流系統(tǒng)典型起動(dòng)/停運(yùn)順序

1）舟山多端柔性直流系統(tǒng)起動(dòng)順序

（1）一次設(shè)備檢查項(xiàng)目：①站內(nèi)所有接地閘刀確已拉開(kāi)；②起動(dòng)電阻旁路閘刀確在拉開(kāi)位置；③閥冷系統(tǒng)運(yùn)行正常，無(wú)異常告警；④檢查閥廳大門已閉鎖；⑤閥廳暖通設(shè)備運(yùn)行正常。

（2）二次設(shè)備檢查項(xiàng)目：①閥控設(shè)備運(yùn)行正常，告警信號(hào)已復(fù)歸；②所有保護(hù)裝置運(yùn)行、通信狀態(tài)正常，無(wú)異常告警，二次壓板投退符合運(yùn)行規(guī)定，重點(diǎn)檢查直流控制保護(hù)裝置主備方式、通信狀態(tài)正常。

（3）起動(dòng)前設(shè)備狀態(tài)檢查：①核對(duì)各換流站都已擺至極連接狀態(tài)；②換流站運(yùn)行模式設(shè)定（有源HVDC、無(wú)源HVDC、STATCOM）選擇符合調(diào)度及運(yùn)行方式要求；④直流系統(tǒng)控制方式符合調(diào)度及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)定，多端柔性直流系統(tǒng)中只有一站作為定直流電壓控制，其他站為有功功率（頻率）控制，無(wú)功功率控制方式結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定。

（4）換流閥充電：①定電壓控制站充電，檢查換流閥充電正常，起動(dòng)電阻旁路閘刀按照設(shè)定定值自動(dòng)合上，直流電壓充電至±320kV 左右，子模塊運(yùn)行正常且電壓平衡；②其他各站充電，并檢查起動(dòng)電阻旁路閘刀按照設(shè)定定值自動(dòng)合上，子模塊運(yùn)行正常且電壓平衡。

（5）換流閥解鎖：①定電壓控制站解鎖，直壓升至±400kV 左右，子模塊運(yùn)行正常且電壓平衡；②其他各站解鎖，子模塊運(yùn)行正常且電壓平衡。

（6）五站有源HVDC 運(yùn)行模式起動(dòng)流程圖如圖4所示。

圖4 五站有源HVDC 運(yùn)行模式起動(dòng)流程圖

2）舟山多端柔性直流系統(tǒng)停運(yùn)順序

（1）值班人員通過(guò)監(jiān)控后臺(tái)操作任一換流站使換流閥閉鎖，其他各站在站間通信正常的情況自動(dòng)閉鎖換流閥，拉開(kāi)各站交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

（2）換流器正極閘刀、換流器負(fù)極閘刀在換流站換流閥閉鎖、交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘15min 后以及正極電流、負(fù)極電流降至5A 以下，后拉開(kāi)，將各站改至及隔離狀態(tài)。

（3）按照調(diào)度指令換流站改至所需狀態(tài)。

（4）五站有源HVDC 運(yùn)行模式停運(yùn)流程圖如圖5所示。

圖5 有源HVDC 運(yùn)行模式五站停運(yùn)流程圖

3.4 舟山多端柔性直流起停順序的改進(jìn)建議

目前，舟山多端柔性直流換流站按照上述流程進(jìn)行起停操作，發(fā)現(xiàn)起停順序還有待改進(jìn)，提出以下三個(gè)方面的建議。

1）舟山多端柔直換流站起停順序依賴于站間通信，若站間通信失去的情況下，將無(wú)法起動(dòng)多端柔性直流，無(wú)站間通信的情況下，多端柔直換流站將自動(dòng)停運(yùn)。建議后期工程開(kāi)展對(duì)換流站直流系統(tǒng)控制策略的研究，使得多端柔直換流站起停順序不依賴于站間通信。

2）換流站監(jiān)控后臺(tái)程序化操作還不完善，目前只滿極隔離之后程序化操作功能，極隔離之前的操作只實(shí)現(xiàn)遙控操作的條件。建議工程后期完善程序化操作邏輯，使得全站狀態(tài)實(shí)現(xiàn)程序化操作，節(jié)省多端柔直換流站起動(dòng)/停運(yùn)的時(shí)間。

3）目前某個(gè)換流站退出運(yùn)行，需其他換流站配合停運(yùn)，影響了多端柔直換流站運(yùn)行的可靠性，建議后期開(kāi)展換流器正負(fù)極閘刀帶電分合閘試驗(yàn)，試驗(yàn)成功后，可以實(shí)現(xiàn)在換流閥閉鎖時(shí)，通過(guò)換流器正負(fù)極閘刀進(jìn)行改變其運(yùn)行方式，將某一個(gè)站退出和投入運(yùn)行，使得多端柔性直流起停順序更加靈活。

4 結(jié)論

本文對(duì)舟山多端柔性直流接入方式，換流站電氣設(shè)備組成，換流站設(shè)備調(diào)度狀態(tài)定義進(jìn)行了介紹，對(duì)柔直系統(tǒng)正常起動(dòng)、停運(yùn)流程，多端柔性直流系統(tǒng)典型起動(dòng)/停運(yùn)順序進(jìn)行了總結(jié)，給出了舟山多端柔性直流起停順序的改進(jìn)建議。舟山多端柔性直流輸電示范工程是世界首個(gè)五端柔性直流輸電工程,該工程將為今后的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)、孤島供電、柔性直流交直流并列運(yùn)行、電網(wǎng)無(wú)功控制等提供有力的技術(shù)支撐和相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對(duì)促進(jìn)我國(guó)多端柔性直流輸電技術(shù)的工程化和使用化，提高電網(wǎng)的可靠具有重要的意義。

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