徐宏碧

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526000）

1 柔性直流輸電系統(tǒng)及其特點概述

1.1 柔性直流輸電系統(tǒng)概述

柔性直流輸電技術(shù)原理如圖1所示。以電壓源換流器、自關(guān)斷器件和脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。柔性直流輸電系統(tǒng)主要包括聯(lián)結(jié)變壓器、直流開關(guān)設(shè)備、輸電線路、直流電容、橋臂電抗器、電壓源換流器以及控制與保護(hù)裝置等。國際大電網(wǎng)會議（International Council on Large Electric systems，CIGRE）和電氣與電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）將柔性直流輸電技術(shù)命名為電壓源換流器高壓直流輸電（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）。ABB—HVDC Light為輕型直流輸電，注冊商標(biāo)；SIEMENS—HVDC（Power Link Universal System，PLUS）為新型直流輸電，注冊商標(biāo)；國內(nèi)的HVDC Flexible為柔性直流輸電。

圖1 柔性直流輸電技術(shù)原理

1.2 柔性直流輸電的特點

1.2.1 優(yōu)勢

和傳統(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)具有以下典型優(yōu)勢。

（1）在柔性直流輸電應(yīng)用中不需要交流側(cè)提供無功功率，因此不存在換相失敗的問題。因為傳統(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用中換流站需要吸收無功功率，所以無功補償裝置必須在系統(tǒng)中增設(shè)。同時，傳統(tǒng)直流輸電需要依賴交流系統(tǒng)電壓支撐實現(xiàn)換相，如果交流系統(tǒng)具有較弱的電壓支撐，會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)換相失敗問題，而柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用規(guī)避了換相失敗問題發(fā)生[1]。

（2）柔性直流輸電技術(shù)能夠應(yīng)用于四象限，并且可以實現(xiàn)無功功率和有功功率的動力控制，保證無源網(wǎng)絡(luò)的有效供電。柔性電流輸電能夠當(dāng)作靜止同步補償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）用于交流側(cè)無功功率的有效補償，有效穩(wěn)定系統(tǒng)中的交流電壓。傳統(tǒng)的直流輸電技術(shù)只能應(yīng)用于二象限，且不能實現(xiàn)無功功率和有功功率的獨立控制。

（3）柔性直流輸電中的諧波較少，因此不需要配備相應(yīng)的濾波裝置。其原因是柔性直流輸電中具有較高的開關(guān)頻率，從而保證其諧波較少。

1.2.2 局限性

柔性直流輸電技術(shù)因為元件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和制造工藝水平的制約，導(dǎo)致其存在局限性，下面就局限性進(jìn)行分析。

（1）基于柔性直流的輸電工程輸送容量有限。換流期間具有一定結(jié)溫及容量限制，因此其通流能力相對較低，柔性直流輸電受到直流電纜電壓的限制。

（2）柔性直流輸電的可靠性相對偏低，且其故障承受能力也較弱。柔性直流輸電技術(shù)中應(yīng)用的直流斷路器不能實現(xiàn)系統(tǒng)電流的開關(guān)；柔性直流輸電在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中還不能夠?qū)崿F(xiàn)故障電流的有效阻斷，直流側(cè)若出現(xiàn)故障不能實現(xiàn)自清除，影響了其可靠性和故障承受能力。

（3）柔性直流輸電和傳統(tǒng)直流輸電相比，因較高的開關(guān)頻率導(dǎo)致?lián)p耗較大。

2 柔性直流輸電的發(fā)展及應(yīng)用

2.1 大規(guī)模送電和交直流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

我國東西部地區(qū)能源分布不均，東部地區(qū)能源含量相對匱乏，而西部地區(qū)能源含量比較充足。但是，東部地區(qū)用電負(fù)荷較多，西部地區(qū)用電負(fù)荷較少，這就出現(xiàn)負(fù)荷分布和電能儲備之間的不平衡狀況。為保證系統(tǒng)遠(yuǎn)距離、大容量輸電，必須加強特高壓直流輸電工程建設(shè)，進(jìn)一步提升其布局水平[2]。

2.2 分布式電源并網(wǎng)

分布式電源作為一種新興能源方式，其具有分散性、容量小的特征，且極易受到氣候以及水文條件因素的影響，具有一定間歇性和波動性。柔性直流輸電在分布式電源并網(wǎng)中具有很好的適應(yīng)性。

2.3 電網(wǎng)增容改造與進(jìn)行直流供電

柔性直流輸電具備諧波含量少的優(yōu)勢，因此能夠及時迅速地實現(xiàn)系統(tǒng)功率控制，提升系統(tǒng)電能質(zhì)量。另外，柔性直流輸電占地面積相對較少，從而提升了土地資源利用率，避免了不必要浪費。在交流側(cè)電流控制中系統(tǒng)能夠根據(jù)實際需求進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。

2.4 向弱系統(tǒng)或孤島供電

柔性直流輸電在應(yīng)用過程中，換相電壓不需要外部提供，在無源逆變狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的運行。無源網(wǎng)絡(luò)可以當(dāng)作受端系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了偏遠(yuǎn)地區(qū)的有效供電[3]。

3 多端柔性直流輸電系統(tǒng)的新能源并網(wǎng)建設(shè)與控制控制

3.1 采集、處理多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制信號

本文為實現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制信號的完整、及時采集，引入了饋線終端裝置，利用該裝置采集信號之后，該信號在通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳遞回控制主站，主站對數(shù)據(jù)和電壓信號等進(jìn)行分析，最終確定并網(wǎng)下柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制區(qū)段。柔性直流輸電對協(xié)同控制要求較高，需要保證其準(zhǔn)確性和精確度，因此需要進(jìn)一步提升信號采集水平。在柔性直流輸電系統(tǒng)中引入誤差傳感器，實現(xiàn)控制輻射功率的最小化，以此準(zhǔn)確、高精度的實現(xiàn)對系統(tǒng)的降噪和除雜。引入目標(biāo)函數(shù)R，其計算公式為

式中：n為數(shù)集，系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制信號；i為系統(tǒng)中涉及到的控制點個數(shù)；P為初級聲源聲壓；PH為次級生源聲壓。將式（1）作為同步信號。

3.2 計算多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制頻率

通過上述分析進(jìn)行協(xié)調(diào)信號的采集，實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制頻率的精確計算。在計算中需要為柔性直流輸電系統(tǒng)確定數(shù)值，然后進(jìn)行運算，規(guī)定時間之后改變該值，用于相系統(tǒng)協(xié)調(diào)頻率的計算。將柔性直流輸電系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)頻率計算公式為

式中：k為運行過程中柔性直流輸電系統(tǒng)的比例系數(shù)；f(x)為采樣偏差；j為系統(tǒng)控制誤差比例參數(shù)。

3.3 實現(xiàn)多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制

得到柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制頻率后，借助計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制，最終得到不同控制點位的具體控制數(shù)據(jù)。引入變量數(shù)據(jù)對柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到映射并最終得到區(qū)域性映射，利用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和轉(zhuǎn)換，得到具體參數(shù)控制。用戶將得到的參數(shù)輸入系統(tǒng)中進(jìn)行自動檢測和校驗，判別是否需要更改控制參數(shù)。系統(tǒng)中的控制信息和控制數(shù)據(jù)利用計算機(jī)端口進(jìn)行存儲，并且能夠?qū)⒋鎯Φ男畔⑤斎氲接成鋮^(qū)域中，然后給出詞義和控制語義，執(zhí)行計算最終獲得正確控制結(jié)果，用于指導(dǎo)柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制[4,5]。

4 柔性直流輸電并網(wǎng)中常見故障和處理措施

4.1 發(fā)電機(jī)線圈損壞及處理措施

柔性直流輸電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)若長時間運行，可能會直接影響定子線圈的絕緣性，情況嚴(yán)重時會導(dǎo)致絕緣擊穿。發(fā)電機(jī)中的絕緣部位是線圈保護(hù)的核心，若其出現(xiàn)損壞可能引發(fā)嚴(yán)重事故。如果發(fā)電機(jī)線圈發(fā)生了損壞，則需要進(jìn)行及時修復(fù)，但修復(fù)需要時間較長且成本較高。柔性直流輸電系統(tǒng)中的線圈若燒毀嚴(yán)重，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈損壞，影響發(fā)電機(jī)正常運行。

具體應(yīng)對措施如下。一是在柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)等相關(guān)零部件生產(chǎn)中，工作人員須進(jìn)一步提高重視意識，不僅需要做好線圈清潔工作，而且需要做好絕緣層處理工作，有效阻止雜物等進(jìn)入電機(jī)中帶來負(fù)面影響。二是生產(chǎn)中應(yīng)該保證電機(jī)線圈完整涂漆、完全覆蓋，從而有限避免絕緣層燒毀或擊穿。三是柔性直流輸電系統(tǒng)運行，尤其是長期運行期間，必須做好發(fā)電機(jī)等零部件的運維保養(yǎng)工作。柔性直流輸電系統(tǒng)長期運行會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)等零部件不斷摩擦，必然導(dǎo)致磨損問題，嚴(yán)重的磨損可能產(chǎn)生高溫?zé)龤Ь€圈。在日常運行過程中，必須做好日常保養(yǎng)維護(hù)工作，尤其關(guān)注軸承潤滑和冷卻系統(tǒng)，有效避免如上問題。

4.2 發(fā)電機(jī)組故障及處理措施

工作人員在工作中應(yīng)著重關(guān)注發(fā)電機(jī)的各項內(nèi)容和參數(shù)，包括外觀、各項數(shù)據(jù)、運行指標(biāo)等，著重關(guān)注發(fā)電機(jī)組故障易發(fā)生部位和數(shù)據(jù)參數(shù)。首先工作人員須掌握發(fā)電機(jī)的各項參數(shù)，并且進(jìn)行記錄。若發(fā)現(xiàn)故障，需要對故障信息和詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行記錄。其次將這些數(shù)據(jù)傳輸至運維人員，包括保養(yǎng)情況、設(shè)備運行情況以及故障參數(shù)。運維人員收到這些參數(shù)之后，須對故障進(jìn)行具體分析，得到故障誘因，并結(jié)合誘因制定科學(xué)的運維計劃。在排除故障之后還需要給出保養(yǎng)計劃，給工作人員的實際工作提供指導(dǎo)。實際發(fā)電機(jī)長期運行狀況下故障誘因較多，其中問題最多的是密封系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，故障多、影響大。在實際工作中，須做好詳細(xì)的檢測和記錄，同時對接工作中的工作人員和運維人員必須認(rèn)真細(xì)致，執(zhí)行有效的方法和策略，判斷故障、排除故障、做好進(jìn)一步運維。另外，發(fā)電機(jī)在柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用時間較長之后，會出現(xiàn)老化故障問題，針對這種問題需要及時進(jìn)行設(shè)備的更換和升級換代。

4.3 借助專業(yè)的設(shè)施來診斷儀器設(shè)備

為有效了解把握柔性直流輸電系統(tǒng)的運行情況，就須要借助專業(yè)、先進(jìn)的診斷儀器設(shè)備，如超聲波設(shè)備、紅外線等設(shè)備監(jiān)測發(fā)電機(jī)等相關(guān)設(shè)備的運行情況，同時在故障情況下能夠利用這些設(shè)備對發(fā)電機(jī)問題進(jìn)行分析和判別，從而得到引發(fā)故障的主要原因，針對原因制定有效、科學(xué)的應(yīng)對措施。目前，科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，各種新型技術(shù)和新型設(shè)備衍生出來，這些診斷設(shè)備和檢測儀器不斷完善和創(chuàng)新，我國也實現(xiàn)了與國際接軌，甚至很多技術(shù)設(shè)備處于世界領(lǐng)先水平。這些新設(shè)備及新技術(shù)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升故障診斷準(zhǔn)確性，從而容易、快捷地找到發(fā)電機(jī)組等設(shè)備故障所在，也能更精確地分析故障原因，對于故障的針對性處理具有顯著作用。

4.4 絕緣線圈老化及處理措施

柔性直流輸電系統(tǒng)的長期運行，發(fā)電機(jī)等設(shè)備和儀器的絕緣線圈會因高強度運行產(chǎn)生一定的問題，老化問題尤其嚴(yán)重，進(jìn)而誘發(fā)各種問題。其中很多電氣元件在高強度運行中無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)重的會出現(xiàn)電壓擊穿情況。對于柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)絕緣線圈老化的誘因主要集中在以下幾點。一是我國很多地區(qū)中的發(fā)電機(jī)組使用年限較長，部分超過了10年，長期的使用加上最終設(shè)備生產(chǎn)中采用材料和技術(shù)方面的缺陷，導(dǎo)致其絕緣材料會發(fā)生老化，直接影響設(shè)備的絕緣性能。在強電場的作用下，線圈可能會直接被擊穿。二是絕緣脫殼是絕緣線圈老化，若發(fā)電機(jī)線圈中的絕緣漆發(fā)生了脫殼，在發(fā)電機(jī)啟動時會出現(xiàn)升壓困難情況，較長時間才能達(dá)到正常水平。這個過程中設(shè)備和傳動系統(tǒng)的摩擦，極易誘發(fā)安全事故。因此，在實際工作中如果發(fā)現(xiàn)這些問題或者潛在問題，需要及時進(jìn)行運維或者更換，保證絕緣線圈的安全性。

5 結(jié) 論

柔性直流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中的具體應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性、高效性，尤其是在并網(wǎng)作用下柔性直流輸電技術(shù)具有的廣闊應(yīng)用前景。目前，該技術(shù)已經(jīng)在全世界的并網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。面對其運行中可能存在的故障問題，必須要得到重視，對故障進(jìn)行分析，同時采取科學(xué)措施進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。