2.4 柔直系統(tǒng)運(yùn)行方式

2.4.1 可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行方式及轉(zhuǎn)換

根據(jù)以上章節(jié)的論述，烏東德工程輸送容量大，可靠性要求高，適宜采用雙極接線方式。根據(jù)柔性直流閥組接線方案的不同，烏東德工程能夠?qū)崿F(xiàn)的運(yùn)行方式有所差異。

當(dāng)柔性直流采用高低閥組接線方案時(shí)，烏東德工程至少可以實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)行方式的要求：

1）云南—廣東—廣西三端雙極（BP）運(yùn)行方式（全電壓、半電壓、一極全電壓一極半電壓）。

2）云南—廣東—廣西三端單極金屬回線（MR）方式（全電壓、半電壓）。

3）云南—廣東—廣西三端單極大地回線（GR）方式（全電壓、半電壓）。

4）云南—廣東兩端雙極運(yùn)行方式（全電壓、半電壓、一極全電壓一極半電壓）。

5）云南—廣東兩端單極金屬回線方式（全電壓、半電壓）。

6）云南—廣東兩端單極大地回線方式（全電壓、半電壓）。

7）云南—廣西兩端雙極運(yùn)行方式（全電壓、半電壓、一極全電壓一極半電壓）。

8）云南—廣西兩端單極金屬回線方式（全電壓、半電壓）。

9）云南—廣西兩端單極大地回線方式（全電壓、半電壓）。

10）廣西—廣東兩端雙極運(yùn)行方式（全電壓、半電壓、一極全電壓一極半電壓）。

11）廣西—廣東兩端單極金屬回線方式（全電壓、半電壓）。

12）廣西—廣東兩端單極大地回線方式（全電壓、半電壓）。

13）云南雙極-廣東雙極-廣西單極運(yùn)行方式。

14）云南雙極-廣東單極-廣西雙極運(yùn)行方式。

15）云南雙極-廣東單極-廣西單極運(yùn)行方式。

16）受端柔性直流STATCOM運(yùn)行方式。

在高低閥組接線方案下，特高壓混合三端直流的降電壓運(yùn)行方式與柔性直流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)。如果柔性直流采取半橋型MMC、二極管阻斷型MMC、箝位雙子模塊型MMC、半電壓箝位型MMC和類全橋型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則其降電壓運(yùn)行一般需要變壓器分接頭調(diào)節(jié)來(lái)配合，且降電壓運(yùn)行范圍較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)80%、70%降電壓運(yùn)行。如果柔性直流采取混合型MMC（全橋80%）、全橋型MMC，則特高壓混合三端直流可以具備80%、70%降電壓運(yùn)行方式。

當(dāng)柔性直流采用單閥組接線方案時(shí)，烏東德工程至少可以實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)行方式的要求：

1）云南—廣東—廣西三端雙極運(yùn)行方式（全電壓）。

2）云南—廣東—廣西三端單極金屬回線方式（全電壓）。

3）云南—廣東—廣西三端單極大地回線方式（全電壓）。

4）云南—廣東兩端雙極運(yùn)行方式（全電壓）。

5）云南—廣東兩端單極金屬回線方式（全電壓）。

6）云南—廣東兩端單極大地回線方式（全電壓）。

7）云南—廣西兩端雙極運(yùn)行方式（全電壓）。

8）云南—廣西兩端單極金屬回線方式（全電壓）。

9）云南—廣西兩端單極大地回線方式（全電壓）。

10）廣東—廣西兩端雙極運(yùn)行方式（全電壓）。

11）廣東—廣西兩端單極金屬回線方式（全電壓）。

12）廣東—廣西兩端單極大地回線方式（全電壓）。

13）云南雙極-廣東雙極-廣西單極運(yùn)行方式。

14）云南雙極-廣東單極-廣西雙極運(yùn)行方式。

15）云南雙極-廣東單極-廣西單極運(yùn)行方式。

16）受端柔性直流STATCOM運(yùn)行方式。

在單閥組接線方案下，特高壓混合三端直流的降電壓運(yùn)行方式與柔性直流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)。如果柔性直流采取半橋型MMC、二極管阻斷型MMC、箝位雙子模塊型MMC、半電壓箝位型MMC和類全橋型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則特高壓混合三端直流無(wú)法實(shí)現(xiàn)80%、70%、50%降電壓運(yùn)行，不具備80%、70%降電壓運(yùn)行方式和半電壓運(yùn)行方式。如果柔性直流采取混合型MMC（全橋80%）、全橋型MMC，則特高壓混合三端直流可以具備80%、70%降電壓運(yùn)行方式和相應(yīng)的半電壓運(yùn)行方式。

以高低閥組為例，圖2.22～圖2.33所示為典型運(yùn)行方式的接線圖。

2.4.2 柔性直流拓?fù)浜烷y組接線對(duì)運(yùn)行方式的影響

受端廣東側(cè)和廣西側(cè)換流站采取單閥組方案時(shí)，直流系統(tǒng)的閥組投退僅涉及送端換流站。當(dāng)送端換流站單閥組投退時(shí)，受端柔性直流換流站可以采取50%降電壓運(yùn)行來(lái)配合送端運(yùn)行方式的改變。但是，柔性直流的降電壓運(yùn)行能力與換流閥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流電壓運(yùn)行范圍是不同的。

如本章所述，如果柔性直流采取半橋型MMC、二極管阻斷型MMC、箝位雙子模塊型MMC、半電壓箝位型MMC和類全橋型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則這幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)50%降電壓運(yùn)行，以及無(wú)法配合送端換流站實(shí)現(xiàn)半電壓運(yùn)行。如果柔性直流采取混合型MMC（全橋80%）、全橋型MMC，則柔性直流可以配合送端換流站實(shí)現(xiàn)閥組在線投退功能。

受端廣東側(cè)和廣西側(cè)換流站采取高低閥組方案時(shí)，送、受端換流站在接線形式上相互匹配，三端直流系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)閥組的投退功能，且受端柔性直流換流站不需要50%降電壓運(yùn)行。但是，閥組投入和退出的實(shí)現(xiàn)過(guò)程與換流閥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所采取的方法是不同的。

如果柔性直流采取半橋型MMC、二極管阻斷型MMC、箝位雙子模塊型MMC、半電壓箝位型MMC和類全橋型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則換流閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)“零直流電壓”運(yùn)行工況。當(dāng)柔性直流的某一個(gè)閥組需要投入時(shí)，該極的另一個(gè)閥組需要停運(yùn)，然后兩個(gè)閥組再同步啟動(dòng)；當(dāng)柔性直流的某一個(gè)閥組需要退出時(shí)，該閥組需要閉鎖，然后跳開(kāi)交流斷路器，合閘旁路開(kāi)關(guān)，這會(huì)造成所在極功率的短時(shí)中斷。

如果柔性直流采取混合型MMC（全橋80%）、全橋型MMC，則換流閥能夠?qū)崿F(xiàn)“零直流電壓”運(yùn)行工況。此時(shí)柔性直流可以實(shí)現(xiàn)閥組在線投退功能。

2.4.3 第三端在線投入與退出方法

參考現(xiàn)有多端直流輸電工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，第三端在線投入與退出基本有兩種處理方法。

第一種方法是直流側(cè)通過(guò)普通隔離開(kāi)關(guān)將換流站隔離出多端系統(tǒng)。該方法的特點(diǎn)是換流站的退出和投入需要較長(zhǎng)的時(shí)間，多端系統(tǒng)在換流站投入或退出過(guò)程中需要中斷直流功率。以南澳多端柔性直流輸電工程為例，其示意圖如圖2.34所示。當(dāng)三端換流站的某一個(gè)換流站因?yàn)楣收匣蛘邫z修需要退出運(yùn)行時(shí)，首先需要停運(yùn)三端直流系統(tǒng)，然后將需要退出的換流站直流側(cè)隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)，將三端系統(tǒng)的運(yùn)行方式切換為兩端系統(tǒng)，最后重啟剩余系統(tǒng)；當(dāng)三端換流站的某一個(gè)換流站因?yàn)闄z修完成需要并入運(yùn)行時(shí)，首先需要停運(yùn)已經(jīng)運(yùn)行的兩端直流系統(tǒng)，然后將檢修完成的換流站直流側(cè)隔離開(kāi)關(guān)閉合，將兩端系統(tǒng)的運(yùn)行方式切換為三端系統(tǒng)，最后重啟三端系統(tǒng)。

對(duì)于烏東德工程而言，以廣西站極1故障為例，如采用傳統(tǒng)隔離開(kāi)關(guān)，則廣西站極1的退出策略如下：三端系統(tǒng)極1閉鎖、退出廣西側(cè)換流站極1，云南—廣東兩端極1恢復(fù)運(yùn)行，極2健全極保持運(yùn)行。廣西站極1的投入策略如下：三端系統(tǒng)極1閉鎖、投入廣西側(cè)換流站極1，三端極1恢復(fù)運(yùn)行，極2健全極保持運(yùn)行。

第二種方法是直流側(cè)通過(guò)直流高速并聯(lián)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)換流站的投入與退出。該方法的特點(diǎn)是換流站的投入與退出時(shí)間快，并且在換流站投入或退出過(guò)程中對(duì)剩余直流系統(tǒng)的功率輸送影響較小，不會(huì)導(dǎo)致剩余直流系統(tǒng)功率中斷。高速并聯(lián)開(kāi)關(guān)是一種改進(jìn)的交流斷路器，不能開(kāi)斷直流電流，需要在零電流條件下操作。

以印度NEA800多端直流工程為例，其示意圖如圖2.35所示。當(dāng)多端換流站的某一個(gè)換流站因?yàn)楣收匣蛘邫z修需要退出運(yùn)行時(shí)，首先閉鎖需要退出的換流站，然后斷開(kāi)該換流站直流高速并聯(lián)開(kāi)關(guān)（HSS）即可；當(dāng)某一個(gè)換流站因?yàn)闄z修完成需要并入運(yùn)行時(shí)，首先將該換流站的直流電壓?jiǎn)?dòng)上升至與直流線路電壓接近，然后閉合直流高速并聯(lián)開(kāi)關(guān)（HSS）。

對(duì)于烏東德工程而言，以廣西側(cè)換流站極1需要投入為例，如采用直流高速并聯(lián)開(kāi)關(guān)，則廣西側(cè)極1的退出策略如下：廣西側(cè)極1閉鎖、斷開(kāi)廣西側(cè)極1直流側(cè)的HSS，直流系統(tǒng)切換為云南—廣東兩端運(yùn)行，廣西側(cè)極1退出期間云南—廣東兩端極1保持運(yùn)行，極2健全極保持運(yùn)行。廣西側(cè)極1的投入策略如下：?jiǎn)?dòng)廣西側(cè)極1，當(dāng)廣西側(cè)極1的直流電壓與直流線路電壓接近時(shí)，閉合廣西側(cè)極1直流側(cè)的HSS，直流系統(tǒng)恢復(fù)為三端運(yùn)行，廣西側(cè)極1投入期間云南—廣東兩端極1保持運(yùn)行，極2健全極保持運(yùn)行。

烏東德工程為多端直流輸電系統(tǒng)，為了滿足故障隔離、運(yùn)行方式切換的需求，考慮在廣西側(cè)換流站內(nèi)裝設(shè)直流匯流母線，同時(shí)在受端廣東側(cè)、廣西側(cè)配合相應(yīng)的直流高速并聯(lián)開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)換流站的在線投入與退出。

2.4.4 功率反送方法

在現(xiàn)有接線方式下，特高壓混合多端直流輸電系統(tǒng)的功率反送能力與柔性直流換流閥的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

1）如果柔性直流采取半橋型MMC、二極管阻斷型MMC、箝位雙子模塊型MMC、半電壓箝位型MMC和類全橋型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于柔性直流換流閥不具備電壓極性反轉(zhuǎn)的能力，功率反送時(shí)需要在送端或者受端直流極母線上安裝倒接線開(kāi)關(guān)，將送、受端換流閥的極性匹配起來(lái)，如圖2.36所示。

2）如果柔性直流采取混合型MMC（全橋80%）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此時(shí)柔性直流換流閥具備一定電壓極性反轉(zhuǎn)的能力，功率反送時(shí)可以有兩種方法。一種是在送端或者受端直流極母線上安裝倒接線開(kāi)關(guān)，將送、受端換流閥的極性匹配起來(lái)，這樣可以實(shí)現(xiàn)全電壓功率反送，接線示意圖如圖2.36所示；另一種是利用換流器本身具備的電壓極性反轉(zhuǎn)能力，將送、受端換流閥的極性匹配起來(lái)，接線示意圖如圖2.37所示，根據(jù)計(jì)算，此時(shí)三端系統(tǒng)在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)的反極性電壓幅值為0.5 p.u.～0.6 p.u.。

3）如果柔性直流采取全橋MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此時(shí)柔性直流換流閥具備全電壓極性反轉(zhuǎn)的能力，功率反送時(shí)利用換流器本身具備的電壓極性反轉(zhuǎn)能力，即可將送、受端換流閥的極性匹配起來(lái)，接線示意圖如圖2.38所示。

2.4.5 結(jié)論

特高壓混合多端直流系統(tǒng)具備的運(yùn)行方式與柔性直流閥組接線和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)。根據(jù)特高壓混合多端直流閥組接線和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究，柔性直流換流站采用高低閥組串聯(lián)方案、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采取全橋和半橋混合結(jié)構(gòu)（全橋模塊比例暫按80%設(shè)計(jì)），能夠滿足直流線路故障自清除的要求，運(yùn)行方式也更加靈活、系統(tǒng)能量可用率更高。在上述閥組接線、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)條件下，柔直工程具備多種運(yùn)行方式能力。

在不增加工程設(shè)備投資的前提下，不建議采用全電壓功率反送運(yùn)行方式，可以考慮具備50%降電壓功率反送運(yùn)行方式。