柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略

張 弘，朱 健，梁 駿，李仁杰，嚴 浩

國網(wǎng)合肥供電公司，安徽 合肥 230000

0 引言

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)的技術(shù)研究不斷創(chuàng)新，在一定程度上為整個電力行業(yè)進步與發(fā)展提供了動力。面對這一現(xiàn)狀，應(yīng)加強對不同輸電技術(shù)的研究，詳細掌握其特點、需求和不足，制訂配套的使用和管理策略，保證其能夠優(yōu)質(zhì)、高效地應(yīng)用于實踐，更好地發(fā)揮其價值和優(yōu)勢[1]。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，近些年發(fā)展較快的柔性直流輸電技術(shù)因具有換相成功率較高、電壓諧波占比較少、波形高質(zhì)量、可以高效調(diào)節(jié)功率等優(yōu)勢，備受社會關(guān)注[2]。在實踐過程中，為了更好地發(fā)揮其功能，應(yīng)注重這一類型電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略的制訂，及時解決電網(wǎng)運行問題，降低其運行風險。

1 柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制要點

基于柔性直流電網(wǎng)實際特點，并結(jié)合有關(guān)方面的控制思想，分析其控制要點，具體包括以下三個方面。其一，協(xié)調(diào)性。柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略必須體現(xiàn)協(xié)調(diào)性的特點，即保證相關(guān)的控制系統(tǒng)各個模塊之間具有協(xié)調(diào)性，且控制系統(tǒng)能夠與電網(wǎng)運行相協(xié)調(diào)，從而消除有關(guān)方面工作的內(nèi)部矛盾，強化實際應(yīng)用效果[3]。其二，及時性。在實踐中，應(yīng)增強控制的及時性，只有及時實施控制工作，才能避免影響擴大化，強化控制的現(xiàn)實價值和意義[4]。其三，智能性。在新時期背景下，有關(guān)方面的控制工作開展應(yīng)逐漸區(qū)域智能化、自動化，這樣才能滿足發(fā)展所需，并盡量避免人工操作帶來的風險和效率問題。

2 柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制模式

隨著電力產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，柔性直流電網(wǎng)技術(shù)迅速崛起、不斷創(chuàng)新，優(yōu)勢也不斷突出。該模式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)接線方式主要包括并聯(lián)方式、串聯(lián)方式和混聯(lián)方式三種類型，且每種方式的特點各有不同。其中，對于并聯(lián)的接線方式，不同級別的換流站可以根據(jù)需要共同接入同一個直流網(wǎng)架，在電壓方面皆為直流模式，且保持相同。相比而言，串聯(lián)接線方式調(diào)節(jié)范圍較廣，并可以根據(jù)需求適當擴展，容易完成絕緣設(shè)計，控制系統(tǒng)和模式皆簡單易操作。因此，在有關(guān)方面的研究以及實際工程項目建設(shè)方面使用較廣?；炻?lián)的接線方式屬于并聯(lián)和串聯(lián)的結(jié)合模式，其在特點方面也是上述兩種模式的結(jié)合。

在協(xié)調(diào)控制模式方面，不同接線方式的柔性直流電網(wǎng)存在差異性。以五端并聯(lián)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)為實例，設(shè)置5個站，其中，1站和2站處于功率輸送端，并與風電場和風光電站之間建立穩(wěn)定的連接。每個發(fā)電場均未與交流電網(wǎng)直接相連，表現(xiàn)為孤島狀態(tài)。3站、4站、5站皆為電力功率的接收端，且3站和5站與交流電網(wǎng)直接相連，4站與之不同，屬于孤島系統(tǒng)的電力之源。1站和4站之間設(shè)置連接線路，表征其中一級的輸電線路。同時，在每條直流輸電線路兩側(cè)位置設(shè)置1臺直流斷路器，如果出現(xiàn)故障，則斷路器斷開，將故障位置與其他位置隔離，避免影響擴大化。4站位于3站和5站之間，功率相對較小。對于上述的五端并聯(lián)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使用雙極主接線模式，目的是適應(yīng)高電壓和大容量的工作需求，當某一極出現(xiàn)故障之后，另一極并不受其影響，增加電網(wǎng)運行的可靠性和安全性。相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 柔性直流電網(wǎng)參數(shù)設(shè)置

其中，對于1站和2站，因主要起到功率輸送作用，考慮其輸送效率、安全性、故障控制等情況，皆使用交流電壓控制模式。對于3站、4站、5站，功能主要為功率接收，考慮其接收能力和問題發(fā)生后的靈活應(yīng)對能力，分別采取不同的控制模式，3站為有功功率控制模式，4站為交流電壓控制模式，5站為直流電壓控制模式。

3 柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略

根據(jù)上述的柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略要點，結(jié)合五端并聯(lián)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)實例，制訂具體的控制策略。

3.1 建立智能化的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

在具體開展工作時，為了強化直流電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制效果，制定智能性的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)的實際情況進行相關(guān)信息采集，并分析電網(wǎng)的運行狀態(tài)，根據(jù)電網(wǎng)運行狀態(tài)分析其是否正常，然后給出相應(yīng)的控制方案。方案以可識別的命令形式傳至控制模塊，控制模塊及時執(zhí)行控制命令，避免影響擴大化。此外，如果問題較為嚴重，超過一定的限值，系統(tǒng)將會自動報警，使相關(guān)工作人員了解具體情況，輔助完成控制工作，強化控制效果。對于有關(guān)方面的智能化控制系統(tǒng)，具體的控制流程如圖1所示。

圖1 智能化控制系統(tǒng)

3.2 廣域協(xié)調(diào)控制策略設(shè)計

柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制工作的開展，應(yīng)注重廣域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計。當系統(tǒng)接收電網(wǎng)工況變化的信息之后，便快速反應(yīng)，及時對其進行調(diào)整和處理。首先，調(diào)整目標設(shè)置。對于單極電網(wǎng)，將功率平衡和線路電流不發(fā)生過流問題作為調(diào)整目標，調(diào)整并約束柔性直流換流站和新能源電站的功率輸出。然后，獲取不同極調(diào)整后的信息，調(diào)控并限制孤島一端的雙極功率。例如，在正極位置，5站對直流電壓具有控制功能，如果其存在故障，則必須使站1和站2的正極功率輸入之和小于剩余的受端站容量之和，使功率處于平衡狀態(tài)。除此之外，相關(guān)人員還需合理設(shè)計柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的流程，具體如下：（1）獲取電網(wǎng)故障信息，得出與之對應(yīng)的工況下每個極換流站的功率最大值；（2）對正負極換流站最大值進行加和處理，得出雙極功率限值；（3）調(diào)整系統(tǒng)下發(fā)功率最大限值的命令，使每個極的功率皆在指定的限值內(nèi)；（4）換流站按照相關(guān)指令進行運行調(diào)整；（5）孤島端功率需要借助雙極間功率轉(zhuǎn)帶控制能力，使不同極功率在指定范圍內(nèi)。

3.3 換流站協(xié)調(diào)控制策略設(shè)計

換流站協(xié)調(diào)控制工作主要包括聯(lián)網(wǎng)換流站協(xié)調(diào)控制和孤島換流站協(xié)調(diào)控制兩個重要部分，且不同的協(xié)調(diào)控制方案各有不同，下面以聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制為例進行詳細介紹。對于聯(lián)網(wǎng)交流模式的柔性直流電網(wǎng)，換流站可以調(diào)節(jié)自身的功率，從而改變直流電壓值，實現(xiàn)整個電網(wǎng)的調(diào)控和保護功能。具體操作時，可以采取主從控制模式，進行控制模式轉(zhuǎn)換。但是，這對站間的通信能力有要求，要求其必須高速實施，且依賴性較高，如果單獨采取這一策略進行控制，則容易出現(xiàn)控制風險。鑒于此，可采取聯(lián)合控制模式，即同時使用主從控制和直流電壓偏差及偏差斜率控制的模式，既能夠滿足協(xié)調(diào)控制要求，又能夠降低控制風險。例如，在上述案例中，可以將1站設(shè)置為主站，將3站設(shè)置為從站，完成聯(lián)網(wǎng)控制模式下的功率調(diào)控。對于直流電壓偏差及偏差斜率控制模式，應(yīng)根據(jù)實際需求，進行直流電壓偏差及偏差斜率的精準設(shè)計，并能夠基于相關(guān)信息快速反應(yīng)，保證具體控制策略和命令的合理性。綜上，建議采取實驗?zāi)Ｊ竭M行“最佳”狀態(tài)和標準設(shè)計，使其與電網(wǎng)實際運行具有良好的協(xié)調(diào)性和實用性。

4 結(jié)束語

柔性直流電網(wǎng)正處于快速發(fā)展時期，并具有一定的優(yōu)勢，因此，應(yīng)提高對其運行管理方面的重視，合理制訂協(xié)調(diào)控制策略并實施，以實現(xiàn)預(yù)期目標。具體操作時，應(yīng)側(cè)重柔性直流電網(wǎng)特點分析，并結(jié)合電網(wǎng)的運行需求，明確有關(guān)方面策略的制訂要點，正確選擇協(xié)調(diào)控制模式，強化控制效果。同時，還要融入新時期的控制理念，設(shè)置智能化的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，合理進行廣域協(xié)調(diào)控制策略和換流站協(xié)調(diào)控制策略的設(shè)計與實施，為相關(guān)工作開展提供有力支持。