張豪 國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司

一、引言

隨著特高壓直流輸電項(xiàng)目不斷建成、數(shù)量不斷增多，人們逐漸認(rèn)識到特高壓直流輸電的顯著優(yōu)勢，其能有效解決能源資源和電力需求間距過大的問題。隨著時間的不斷延長，特高壓直流受重視程度在不斷提高，國家對特高壓直流項(xiàng)目給予了一定的支持，這也促進(jìn)特高壓直流項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模都獲得了較大的提高。基于此，本文首先概述特高壓混合直流的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及直流線路故障清除基本控制策略，進(jìn)而對特高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行分析。

二、特高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用前景

（一）大規(guī)模應(yīng)用持續(xù)提升

未來特高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模將會持續(xù)提升，這主要是基于我國的基本現(xiàn)狀。我國能源資源非常豐富，但更多集中于中西部地區(qū)，特別是煤炭資源等。我國的人口卻分布不夠均衡，東部地區(qū)人口多、中西部地區(qū)人口少，所以東部地區(qū)的用電需求量更大，這就導(dǎo)致用電需求和能源分布不夠一致，由此我國開展了西電東送項(xiàng)目，這一工程項(xiàng)目是跨時代的創(chuàng)舉，可以較為高效地處置我國能源以及人口分布不均的難題，也能更好推動這一項(xiàng)目，但也使得資源的運(yùn)輸成本十分高，配置也十分難，而特高壓直流技術(shù)卻具備大容量、效率高、輸送距離遠(yuǎn)等顯著的特點(diǎn)，非常適合西電東送項(xiàng)目，也能更好促進(jìn)西電東送項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)和完成，未來特高壓直流輸電技術(shù)還將進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和規(guī)模，發(fā)揮顯著的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

（二）清潔能源大規(guī)模接入

當(dāng)前我國最普遍的發(fā)電方式是以火力發(fā)電為主，需消耗大量的資源，而伴隨我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平地逐漸提升，此時人們對于電力的需求愈來愈高，這也就意味著火力發(fā)電所需資源規(guī)模越來越大，這顯然并不具備可持續(xù)性，所以必須積極探索清潔能源的使用。我國已意識到這一問題并在多個地區(qū)建立了風(fēng)力、水力發(fā)電站，漸漸使用清潔能源取代了不可再生能源，以此來減少環(huán)境污染，以清潔能源為基礎(chǔ)的特高壓直流項(xiàng)目也在建設(shè)過程中，未來也必將大規(guī)模發(fā)展。

（三）經(jīng)濟(jì)前景廣泛

傳統(tǒng)的輸電技術(shù)普遍具有占用面積大、耗費(fèi)成本高等特點(diǎn)，因此經(jīng)濟(jì)效益相對較低，而且還有可能對環(huán)境帶來不可挽救的傷害，環(huán)境效益相對較低，因此傳統(tǒng)輸電技術(shù)的核心競爭力相對較差。但特高壓直流輸電技術(shù)卻與之相反，在建設(shè)過程中能夠有效節(jié)省占地面積，且建設(shè)的成本相對較低，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢，因此這一技術(shù)具有非常廣闊的經(jīng)濟(jì)前景。

三、案例分析

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文以圖1所示±800kV特高壓混合直流輸電系統(tǒng)當(dāng)作主要的研究主體，整流站各極常常交由兩處十二脈動LCC換流器進(jìn)行聯(lián)結(jié)，逆變站各極通過兩處混合型MMC換流器進(jìn)行串聯(lián)，高、低壓換流器經(jīng)過單獨(dú)的換流變壓器，接著再進(jìn)一步搭載到站內(nèi)同一交流母線之中。其中，Udc1、Udc2分別為整流、逆變站直流線路出口處對中性母線的直流電壓，Idc1、Idc2分別為整流、逆變站直流線路出口處直流電流，直流電流正方向?yàn)檎髡玖飨蚰孀冋尽?/p>

圖1 特高壓混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)?/p>

在本次研究之中，逆變站混合型MMC換流器拓?fù)浼軜?gòu)，每個橋臂由相同配置比例的HBSMs、FBSMs及一處橋臂電抗器聯(lián)結(jié)在一塊兒，HBSMs能夠傳輸正、零兩種電平，F(xiàn)BSMs能夠傳輸正、負(fù)、零三處電平，兩種類型子模塊的電容值C及額定工作電壓UcN相同。其中，UdV為混合型MMC換流器直流電壓，IdV為直流電流；upj、unj分別為上、下橋臂電壓，ipj、inj分別為上、下橋臂電流，ujo為交流相電壓，ij為交流電流（j=a、b、c），o為假想電壓中性點(diǎn)；Lb為橋臂電抗器電感。

（二）基本控制策略

本文研究的特高壓混合直流輸電系統(tǒng)，采取這一模式作為主要的控制模式，與基本控制模式對應(yīng)，整流站和逆變站的高、低壓換流器。

整流站LCC各換流器都要裝上定直流電流進(jìn)行調(diào)控，同時還應(yīng)該包括直流電壓裕度控制和最小觸發(fā)角限制部分。為滿足直流線路故障清除的需要，當(dāng)直流線路保護(hù)動作后，LCC將執(zhí)行移相至164°以清除故障電流。

針對逆變站MMC各換流器，相關(guān)的施工人員還要求裝上內(nèi)外環(huán)控制，在此之中，功外環(huán)屬于直流電壓控制、內(nèi)環(huán)屬于直接電流解耦控制，直流電壓外環(huán)控制可以保證整個系統(tǒng)的直流電壓穩(wěn)定并獲得良好的穩(wěn)態(tài)控制精度。

為滿足直流線路故障清除的需要，逆變站各換流器還配置直流線路電流控制器，該控制器以直流線路電流Idc2到0作為控制目標(biāo)，當(dāng)檢測到直流線路保護(hù)動作后，該控制器啟動并將直流調(diào)制度由正常值Udc2-ref/NVUdVN切換為該控制器的輸出，阻斷MMC換流器向直流線路故障點(diǎn)注入電流；在線路故障清除過程結(jié)束后，將該控制器退出并使直流調(diào)制度斜率爬升恢復(fù)至正常值，實(shí)現(xiàn)直流電壓的重建，該方式對直流線路的瞬時金屬性接地故障具有良好的清除效果。

四、特高壓混合型直流輸電線路優(yōu)點(diǎn)分析

以三端四換流器運(yùn)行，線路2經(jīng)過渡電阻500Ω接地，持續(xù)2000ms，去游離時間第一次350ms、第二次500ms，以再次開啟2次為例。首先，相關(guān)人員通過站1波形（如圖2所示）不難看出，線路電壓變化到零的時候，并不在短時間降低到零，而是出現(xiàn)了既定的過渡時長，契合經(jīng)過渡電阻500Ω的標(biāo)準(zhǔn)。通過站1電壓改變以及換流閥觸發(fā)角三次變化到164不難看到，當(dāng)線路出現(xiàn)異常的情況下，站1移相3次，前2次常常是因?yàn)榫€路出現(xiàn)異常，開啟移相，去游離時長以及仿真定值保持統(tǒng)一，因?yàn)樗仓玫墓收线B續(xù)時長大約為2000ms，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出第1次以及第2次去游離時長以及保護(hù)動作時長之和，所以在2次開啟之后，其異常依然存在，線路保護(hù)動作，在這個時候站3執(zhí)行Y-ESOF，關(guān)閉本站。利用三站搭配，相關(guān)人員將系統(tǒng)電流把控在15A之下后，切斷HSS高速，同時聯(lián)開關(guān)和刀閘，隔離站3。第3次開啟就是指配合站3退出而開始移相，第3次移相之后電壓以及電流回到正常狀態(tài)，其中電流維持在站2，如此一來就可以負(fù)荷出最大的電流。

圖2 站1電氣量及狀態(tài)量波形圖

根據(jù)結(jié)果來看，通過站2、站3波形不難看到，站2、站3電壓變化以及控零壓命令地產(chǎn)生，就能夠評判出VSC站控零壓指令產(chǎn)生了3次。前2次是因?yàn)榫€路故障保護(hù)動作，開啟控零壓，時長以及仿真保持統(tǒng)一，而第3次控零壓就是配合站3退出，控零壓同時電流低于15A之后，就能夠通過切斷HSS高速并聯(lián)開關(guān)和刀閘，做到站3隔離，接著站1以及站2再次恢復(fù)電壓以及電流持續(xù)供電。

一旦產(chǎn)生線路異常問題，那么就要求配3站之間的配合，如此一來就能夠迅速把直流線路內(nèi)的能量傳輸至直流系統(tǒng)中，同時還需要進(jìn)入到游離時期，較之于常規(guī)直流功能，其具有故障自清除優(yōu)勢。倘若線路故障連續(xù)時長要短于線路故障重啟動的時長，此時就要求將系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。針對這一情況，如果線路1出現(xiàn)永久性故障，那么整流站就要求在實(shí)現(xiàn)線路重啟次數(shù)后于出口閉鎖三端系統(tǒng)。

五、結(jié)束語

綜上所，本文首先結(jié)合實(shí)際工程，在特高壓直流工程中，對于特高壓混合直流輸電系統(tǒng)，直流架空線路故障的清除對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著特高壓混合直流輸電系統(tǒng)技術(shù)受重視程度不斷加深、大規(guī)模推廣應(yīng)用逐漸開展、相關(guān)科研初見成效，清潔能源的大規(guī)模介入，經(jīng)濟(jì)前景十分廣泛，因此必須要加大對特高壓混合直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣。