如何實現柔直換流閥運行可靠性提升

柔性直流輸電技術作為構建新型電力系統的重要手段，將在海上風電送出、沙戈荒新能源基地外送、電網柔性互聯互濟等場景中推廣應用。然而換流閥作為柔性直流輸電技術的核心設備，存在可靠性不足的問題，導致能量可用率和強迫停運率與常規直流相比仍有差距。攻克柔直換流閥硬件改造、控保優化、數智化診斷、試驗檢測等技術難題，是實現柔直工程高可靠運行和新能源穩定外送的必要路徑。

張北柔直電網作為國家新型電力系統的重要工程實踐，承擔著高比例新能源匯集和跨區輸送的重要任務。換流閥作為柔直工程的核心設備，其運行可靠性直接關系電網的安全穩定與能源輸送效率。子模塊旁路開關拒動、黑模塊通信異常、控制系統同步機制失配等問題引發的閉鎖事件時有發生，給系統運行帶來了巨大風險隱患。

目前，國網冀北電力有限公司在運的柔直換流閥子模塊總量達9072個，任意一個子模塊發生旁路拒動故障或控制策略邏輯問題造成多個子模塊運行失穩，均可能引發極層閉鎖停運，導致整個柔直電網能量輸送效率下降，運行穩定性受到影響。為此，冀北電科院組建柔直設備運維檢修技術攻關團隊，從設備典型故障缺陷模式出發，深入挖掘電力電子器件老化失效規律，評估一次器件性能參數與控制策略邏輯的適配性，開展設備改造、控制優化與數智化運維手段協同應用，全方位提升柔直換流閥運行可靠性。

在設備可靠性分析與提升方面，構建“器件一組部件一設備”多層級可靠性分析模型，明確設備薄弱點和關鍵部件故障風險嚴重程度及發展趨勢。聚焦換流閥旁路拒動問題，深入分析子模塊中控板電路設計與器件選型缺陷，發現板卡內部器件供電能力與控制保護參數設置不匹配的問題，并完成中都站南瑞換流閥中控板改造設計方案審查與廠內試驗技術監督，建立歷年旁路開關動作超時問題預防性數據庫，有效提升換流閥運維效率與風險隱患防范能力。針對控制邏輯可靠性問題，建立控保策略驗證硬件在環仿真平臺，完成黑模塊處理策略和相鄰子模塊交叉互聯功能等關鍵邏輯修改的模擬測試與閥控邏輯驗證，保障設備改造后入網運行可靠性。

在狀態監測與評價方面，攻關團隊建立了柔直換流閥運檢數據和故障案例庫，開展設備健康評估、故障診斷及多物理場仿真等核心算法開發，并基于高保真三維可視化模型，構建了柔直換流閥子模塊的電場、磁場和溫度場數字孿生體，實現了設備運行狀態的實時感知與異常分析，已在張北中都換流站部署試點應用，提前識別出溫升異常、通訊故障等問題模塊，有效提升了設備運維檢修質效與年檢后設備運行可靠性。

在智能運維方面，技術團隊初步建成了柔直設備狀態檢修決策平臺，建立了冀北在運三座換流站柔直換流閥運檢數據和故障案例庫，并基于高保真三維可視化模型，構建了柔直換流閥子模塊的電場、磁場和溫度場數字孿生體，完成設備健康評估、故障診斷及主動預警等核心算法開發，實現柔直換流閥狀態實時評估和異常數據主動分析。平臺已在張北中都站完成試點應用，有效支撐設備缺陷識別與運維決策，推動柔直設備由“計劃檢修”向“狀態檢修”轉型。

在試驗檢測方面，技術攻關團隊攻克了旁路開關等組部件性能檢測、整機現場試驗、特殊工況模擬等試驗技術，實現了“組件一整機”的遞進式性能考核。完成柔直換流閥整塔加壓測試方案優化與流程標準化研究，提升了對子模塊運行風險的識別能力。針對換流閥旁路可靠性不足的問題，團隊積極謀劃高可靠旁路開關試驗平臺建設，明確測試項目、方法及判定標準，開展甘浙特高壓柔直工程換流閥旁路開關關鍵性能檢測工作，為后續承擔國網在運、在建、規劃柔直工程換流閥旁路開關檢測分析打下重要基礎。

針對換流閥可靠性提升后續工作，技術團隊擬基于以下三方面問題開展進一步工作。一是進一步深化換流閥狀態監測與診斷技術研究，完善狀態評價模型，提高設備狀態評估與主動預警準確性；二是加快IGBT、電容器、旁路開關等組部件試驗平臺建設，深入挖掘不同工況下的典型故障演化規律、潛在風險隱患點與優化措施；三是研究建立子模塊層級全性能試驗與硬件在環仿真平臺建設，開展計及設備本體接入的柔直換流閥硬件在環仿真分析，協同開展設備組部件性能考核與控制保護邏輯驗證，提升換流閥運行問題研究深度和廣度。

柔直換流閥不斷向高可靠、智能化方向發展，是保障柔性直流輸電工程安全穩定運行的必由之路。冀北電科院將繼續深化柔直關鍵設備可靠性提升技術攻關，構建完善的設備故障識別、狀態評估、預警預測與控制優化機制，推動柔直設備運行從“故障修復”向“風險預控”躍升，為張北柔直電網安全穩定運行提供堅實支撐。■