柔性直流換流站耗能裝置分系統(tǒng)調(diào)試方法研究與應(yīng)用

安徽送變電工程有限公司 王婷樂 汪 序 劉運(yùn)龍 畢小鵬 張瓊月

柔性直流輸電技術(shù)是實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電、光伏等可再生清潔能源匯集、消納的重要手段。在柔直系統(tǒng)中，電壓電流變化的時間尺度一般為幾毫秒至幾十毫秒，而安穩(wěn)控制策略切除新能源機(jī)組至少需要150毫秒，若輸入功率沒有快速切除，電網(wǎng)中將出現(xiàn)功率盈余，引起系統(tǒng)過流或過壓；嚴(yán)重的會造成有功功率無法控制，引發(fā)換流器的大面積停運(yùn)。耗能裝置是平衡柔直電網(wǎng)出現(xiàn)故障時功率盈余時的一種解決方案。耗能裝置在柔直電網(wǎng)工程中首次應(yīng)用，落實到分系統(tǒng)調(diào)試階段，需要開展耗能裝置分系統(tǒng)調(diào)試項目、調(diào)試方法的研究。

1 基于小電流信號的低壓加壓試驗

耗能裝置由耗能支路、耗能電阻和反向并聯(lián)的耗能閥及相應(yīng)的耗能控保系統(tǒng)等組成。耗能電阻和反向并聯(lián)的耗能閥三相形成角形接線。低壓加壓試驗是耗能閥投運(yùn)前的檢驗性試驗，是耗能閥帶電調(diào)試的必要條件。其在耗能閥本體及閥控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、控制保護(hù)裝置試驗及極控、閥控聯(lián)調(diào)試驗后進(jìn)行，檢查耗能閥觸發(fā)脈沖、閥基電子柜（VBE）回報信號的正確性等[1]。

張北工程耗能裝置沒有電壓采集裝置，按常規(guī)換流閥的低壓加壓通過采集同步電壓存在困難；但耗能閥有尾端CT，利用試驗變壓器在耗能閥首端施加一工頻電壓，當(dāng)閥控發(fā)出觸發(fā)命令時，反向并聯(lián)耗能閥任意時刻總有一級晶閘管導(dǎo)通，對稱三相電壓加在對稱負(fù)載即耗能電阻上，產(chǎn)生對稱的三相電流。因此可利用尾端CT 采集到的小電流信號作為閥組觸發(fā)導(dǎo)通判據(jù)。試驗原理如圖1。

圖1 試驗原理

以GIS 耗能支路為加壓通道，利用試驗變壓器提供380V 工頻、穩(wěn)壓、對稱三相電源，以耗能電阻為負(fù)載，通過理論計算Uab=380V、R=30Ω，則Ia=380/30=12.67A。當(dāng)閥控發(fā)出耗能閥觸發(fā)導(dǎo)通信號，故障錄波電流變化量啟動錄波，波形如圖2。

圖2 故障錄波電流變化量

由圖2可看出，三相耗能閥尾端CT 電流為三相對稱正弦電流，有效值約0.013kA，與計算值接近。錄波小電流信號與理論計算值一致，持續(xù)時間為1.5秒，即為耗能閥在收到導(dǎo)通命令后的有效導(dǎo)通時間，符合裝置特性要求。

2 同步電流法一次注流試驗

一次系統(tǒng)接線方式的正確性至少需滿足兩方面要求：一是滿足設(shè)計功能要求；二是滿足控制保護(hù)要求。設(shè)計功能要求可通過核對設(shè)計圖紙與現(xiàn)場接線一致性進(jìn)行判斷，但滿足控保要求最直接、最有效的方式是進(jìn)行注流試驗。對于角形接線，有多種接線方式，下面以D1和D11接線，分析其中的不同。

D1接線如圖3，D1接線方式為a-a,-b-b,-c-c，向量圖如圖4。以此類推，可得到B、C 相電流關(guān)系。D11接線如圖5，D11接線方式為：a-b,-b-c,-c-a,,向量圖如圖6。以此類推，可得到B、C 相電流關(guān)系。查閱保護(hù)說明書，保護(hù)要求的接線方式為D1接線。此時本工程IA 即為GIS 支路的開關(guān)電流，Iab 為對應(yīng)的耗能閥尾端電流。

圖3 D1接線

圖4 D1接線方式

圖5 D11接線

圖6 D11接線方式

結(jié)合加壓試驗方法，考慮到耗能閥的有效導(dǎo)通時間為1.5秒，對于試驗數(shù)據(jù)的觀察不利。利用短接耗能閥，以對稱三相耗能電阻為負(fù)載，試驗變壓器作為穩(wěn)壓電源，控保裝置可持續(xù)跟蹤。試驗原理接線如圖7所示。試驗中，錄波采樣如圖8所示。IA=0.022kA、Iab=0.013kA、IA= Iab，角度滯后30°，B、C相有類似結(jié)論，與理論計算值一致。試驗中保護(hù)采樣與錄波一致，差流為零。

圖7 耗能裝置一次注流原理接線圖

圖8 一次注流錄波采樣值

由以上分析可知，以耗能閥尾端電流與GIS 開關(guān)電流為同步電流，采用一次注流的方法，對一次接線方式與控保要求的一致性和正確性進(jìn)行檢驗是行之有效的[2]。

3 研究耗能裝置分系統(tǒng)調(diào)試方案，優(yōu)化調(diào)試流程

在張北工程中應(yīng)用的耗能裝置為柔直換流站首次使用，面對工程建設(shè)時間緊、任務(wù)重的特點(diǎn)，根據(jù)耗能裝置的設(shè)備配置、系統(tǒng)組成、控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的要求等，在完成各設(shè)備單體試驗和調(diào)試的基礎(chǔ)上，編制有針對性耗能裝置分系統(tǒng)調(diào)試方案、優(yōu)化調(diào)試流程，形成柔性直流換流站耗能裝置分系統(tǒng)調(diào)試作業(yè)指導(dǎo)書，類似工程可參考使用。部分分系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容及調(diào)試流程如圖9所示。

圖9 分系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容及調(diào)試流程

4 結(jié)語

本文通過對張北柔性直流示范工程中應(yīng)用的耗能裝置的分系統(tǒng)調(diào)試研究，編制分系統(tǒng)調(diào)試方案，并根據(jù)試驗內(nèi)容優(yōu)化調(diào)試的流程，創(chuàng)新提出以電流小信號的低壓加壓試驗驗證耗能閥控觸發(fā)的正確性，以同步注流的試驗方法驗證耗能裝置一次接線與控保要求的一致性。試驗證明，本文提出的耗能裝置分系統(tǒng)調(diào)試方法是行之有效的。