如何實(shí)現(xiàn)柔直換流閥運(yùn)行可靠性提升

柔性直流輸電技術(shù)作為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要手段，將在海上風(fēng)電送出、沙戈荒新能源基地外送、電網(wǎng)柔性互聯(lián)互濟(jì)等場(chǎng)景中推廣應(yīng)用。然而換流閥作為柔性直流輸電技術(shù)的核心設(shè)備，存在可靠性不足的問題，導(dǎo)致能量可用率和強(qiáng)迫停運(yùn)率與常規(guī)直流相比仍有差距。攻克柔直換流閥硬件改造、控保優(yōu)化、數(shù)智化診斷、試驗(yàn)檢測(cè)等技術(shù)難題，是實(shí)現(xiàn)柔直工程高可靠運(yùn)行和新能源穩(wěn)定外送的必要路徑。

張北柔直電網(wǎng)作為國(guó)家新型電力系統(tǒng)的重要工程實(shí)踐，承擔(dān)著高比例新能源匯集和跨區(qū)輸送的重要任務(wù)。換流閥作為柔直工程的核心設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系電網(wǎng)的安全穩(wěn)定與能源輸送效率。子模塊旁路開關(guān)拒動(dòng)、黑模塊通信異常、控制系統(tǒng)同步機(jī)制失配等問題引發(fā)的閉鎖事件時(shí)有發(fā)生，給系統(tǒng)運(yùn)行帶來了巨大風(fēng)險(xiǎn)隱患。

目前，國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司在運(yùn)的柔直換流閥子模塊總量達(dá)9072個(gè)，任意一個(gè)子模塊發(fā)生旁路拒動(dòng)故障或控制策略邏輯問題造成多個(gè)子模塊運(yùn)行失穩(wěn)，均可能引發(fā)極層閉鎖停運(yùn)，導(dǎo)致整個(gè)柔直電網(wǎng)能量輸送效率下降，運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響。為此，冀北電科院組建柔直設(shè)備運(yùn)維檢修技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，從設(shè)備典型故障缺陷模式出發(fā)，深入挖掘電力電子器件老化失效規(guī)律，評(píng)估一次器件性能參數(shù)與控制策略邏輯的適配性，開展設(shè)備改造、控制優(yōu)化與數(shù)智化運(yùn)維手段協(xié)同應(yīng)用，全方位提升柔直換流閥運(yùn)行可靠性。

在設(shè)備可靠性分析與提升方面，構(gòu)建“器件一組部件一設(shè)備”多層級(jí)可靠性分析模型，明確設(shè)備薄弱點(diǎn)和關(guān)鍵部件故障風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)。聚焦換流閥旁路拒動(dòng)問題，深入分析子模塊中控板電路設(shè)計(jì)與器件選型缺陷，發(fā)現(xiàn)板卡內(nèi)部器件供電能力與控制保護(hù)參數(shù)設(shè)置不匹配的問題，并完成中都站南瑞換流閥中控板改造設(shè)計(jì)方案審查與廠內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)監(jiān)督，建立歷年旁路開關(guān)動(dòng)作超時(shí)問題預(yù)防性數(shù)據(jù)庫，有效提升換流閥運(yùn)維效率與風(fēng)險(xiǎn)隱患防范能力。針對(duì)控制邏輯可靠性問題，建立控保策略驗(yàn)證硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，完成黑模塊處理策略和相鄰子模塊交叉互聯(lián)功能等關(guān)鍵邏輯修改的模擬測(cè)試與閥控邏輯驗(yàn)證，保障設(shè)備改造后入網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

在狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)建立了柔直換流閥運(yùn)檢數(shù)據(jù)和故障案例庫，開展設(shè)備健康評(píng)估、故障診斷及多物理場(chǎng)仿真等核心算法開發(fā)，并基于高保真三維可視化模型，構(gòu)建了柔直換流閥子模塊的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與異常分析，已在張北中都換流站部署試點(diǎn)應(yīng)用，提前識(shí)別出溫升異常、通訊故障等問題模塊，有效提升了設(shè)備運(yùn)維檢修質(zhì)效與年檢后設(shè)備運(yùn)行可靠性。

在智能運(yùn)維方面，技術(shù)團(tuán)隊(duì)初步建成了柔直設(shè)備狀態(tài)檢修決策平臺(tái)，建立了冀北在運(yùn)三座換流站柔直換流閥運(yùn)檢數(shù)據(jù)和故障案例庫，并基于高保真三維可視化模型，構(gòu)建了柔直換流閥子模塊的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)數(shù)字孿生體，完成設(shè)備健康評(píng)估、故障診斷及主動(dòng)預(yù)警等核心算法開發(fā)，實(shí)現(xiàn)柔直換流閥狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估和異常數(shù)據(jù)主動(dòng)分析。平臺(tái)已在張北中都站完成試點(diǎn)應(yīng)用，有效支撐設(shè)備缺陷識(shí)別與運(yùn)維決策，推動(dòng)柔直設(shè)備由“計(jì)劃?rùn)z修”向“狀態(tài)檢修”轉(zhuǎn)型。

在試驗(yàn)檢測(cè)方面，技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)攻克了旁路開關(guān)等組部件性能檢測(cè)、整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、特殊工況模擬等試驗(yàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“組件一整機(jī)”的遞進(jìn)式性能考核。完成柔直換流閥整塔加壓測(cè)試方案優(yōu)化與流程標(biāo)準(zhǔn)化研究，提升了對(duì)子模塊運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別能力。針對(duì)換流閥旁路可靠性不足的問題，團(tuán)隊(duì)積極謀劃高可靠旁路開關(guān)試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，明確測(cè)試項(xiàng)目、方法及判定標(biāo)準(zhǔn)，開展甘浙特高壓柔直工程換流閥旁路開關(guān)關(guān)鍵性能檢測(cè)工作，為后續(xù)承擔(dān)國(guó)網(wǎng)在運(yùn)、在建、規(guī)劃柔直工程換流閥旁路開關(guān)檢測(cè)分析打下重要基礎(chǔ)。

針對(duì)換流閥可靠性提升后續(xù)工作，技術(shù)團(tuán)隊(duì)擬基于以下三方面問題開展進(jìn)一步工作。一是進(jìn)一步深化換流閥狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)研究，完善狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，提高設(shè)備狀態(tài)評(píng)估與主動(dòng)預(yù)警準(zhǔn)確性；二是加快IGBT、電容器、旁路開關(guān)等組部件試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，深入挖掘不同工況下的典型故障演化規(guī)律、潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患點(diǎn)與優(yōu)化措施；三是研究建立子模塊層級(jí)全性能試驗(yàn)與硬件在環(huán)仿真平臺(tái)建設(shè)，開展計(jì)及設(shè)備本體接入的柔直換流閥硬件在環(huán)仿真分析，協(xié)同開展設(shè)備組部件性能考核與控制保護(hù)邏輯驗(yàn)證，提升換流閥運(yùn)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(fā)展，是保障柔性直流輸電工程安全穩(wěn)定運(yùn)行的必由之路。冀北電科院將繼續(xù)深化柔直關(guān)鍵設(shè)備可靠性提升技術(shù)攻關(guān)，構(gòu)建完善的設(shè)備故障識(shí)別、狀態(tài)評(píng)估、預(yù)警預(yù)測(cè)與控制優(yōu)化機(jī)制，推動(dòng)柔直設(shè)備運(yùn)行從“故障修復(fù)”向“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控”躍升，為張北柔直電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)支撐?！?/p>