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。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)、控制保護裝置試驗及極控、閥控聯(lián)調(diào)試驗后進行，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通，對稱三相電壓加在對稱負載即耗能電阻上，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，以耗能電阻為負載，通過理論計算Uab=380V、R=30Ω，則Ia=380/30=12.67A。當閥控發(fā)出耗能閥觸發(fā)導通信號，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通命令后的有效導通時間，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)場接線一致性進行判斷，但滿足控保要求最直接、最有效的方式是進行注流試驗。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。查閱保護說明書，保護要求的接線方式為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，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。