徐宏碧

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526000）

1 柔性直流輸電系統(tǒng)及其特點(diǎn)概述

1.1 柔性直流輸電系統(tǒng)概述

柔性直流輸電技術(shù)原理如圖1所示。以電壓源換流器、自關(guān)斷器件和脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。柔性直流輸電系統(tǒng)主要包括聯(lián)結(jié)變壓器、直流開(kāi)關(guān)設(shè)備、輸電線路、直流電容、橋臂電抗器、電壓源換流器以及控制與保護(hù)裝置等。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（International Council on Large Electric systems，CIGRE）和電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）將柔性直流輸電技術(shù)命名為電壓源換流器高壓直流輸電（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）。ABB—HVDC Light為輕型直流輸電，注冊(cè)商標(biāo)；SIEMENS—HVDC（Power Link Universal System，PLUS）為新型直流輸電，注冊(cè)商標(biāo)；國(guó)內(nèi)的HVDC Flexible為柔性直流輸電。

圖1 柔性直流輸電技術(shù)原理

1.2 柔性直流輸電的特點(diǎn)

1.2.1 優(yōu)勢(shì)

和傳統(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)具有以下典型優(yōu)勢(shì)。

（1）在柔性直流輸電應(yīng)用中不需要交流側(cè)提供無(wú)功功率，因此不存在換相失敗的問(wèn)題。因?yàn)閭鹘y(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用中換流站需要吸收無(wú)功功率，所以無(wú)功補(bǔ)償裝置必須在系統(tǒng)中增設(shè)。同時(shí)，傳統(tǒng)直流輸電需要依賴(lài)交流系統(tǒng)電壓支撐實(shí)現(xiàn)換相，如果交流系統(tǒng)具有較弱的電壓支撐，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)換相失敗問(wèn)題，而柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用規(guī)避了換相失敗問(wèn)題發(fā)生[1]。

（2）柔性直流輸電技術(shù)能夠應(yīng)用于四象限，并且可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率和有功功率的動(dòng)力控制，保證無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的有效供電。柔性電流輸電能夠當(dāng)作靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）用于交流側(cè)無(wú)功功率的有效補(bǔ)償，有效穩(wěn)定系統(tǒng)中的交流電壓。傳統(tǒng)的直流輸電技術(shù)只能應(yīng)用于二象限，且不能實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率和有功功率的獨(dú)立控制。

（3）柔性直流輸電中的諧波較少，因此不需要配備相應(yīng)的濾波裝置。其原因是柔性直流輸電中具有較高的開(kāi)關(guān)頻率，從而保證其諧波較少。

1.2.2 局限性

柔性直流輸電技術(shù)因?yàn)樵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)和制造工藝水平的制約，導(dǎo)致其存在局限性，下面就局限性進(jìn)行分析。

（1）基于柔性直流的輸電工程輸送容量有限。換流期間具有一定結(jié)溫及容量限制，因此其通流能力相對(duì)較低，柔性直流輸電受到直流電纜電壓的限制。

（2）柔性直流輸電的可靠性相對(duì)偏低，且其故障承受能力也較弱。柔性直流輸電技術(shù)中應(yīng)用的直流斷路器不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電流的開(kāi)關(guān)；柔性直流輸電在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中還不能夠?qū)崿F(xiàn)故障電流的有效阻斷，直流側(cè)若出現(xiàn)故障不能實(shí)現(xiàn)自清除，影響了其可靠性和故障承受能力。

（3）柔性直流輸電和傳統(tǒng)直流輸電相比，因較高的開(kāi)關(guān)頻率導(dǎo)致?lián)p耗較大。

2 柔性直流輸電的發(fā)展及應(yīng)用

2.1 大規(guī)模送電和交直流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

我國(guó)東西部地區(qū)能源分布不均，東部地區(qū)能源含量相對(duì)匱乏，而西部地區(qū)能源含量比較充足。但是，東部地區(qū)用電負(fù)荷較多，西部地區(qū)用電負(fù)荷較少，這就出現(xiàn)負(fù)荷分布和電能儲(chǔ)備之間的不平衡狀況。為保證系統(tǒng)遠(yuǎn)距離、大容量輸電，必須加強(qiáng)特高壓直流輸電工程建設(shè)，進(jìn)一步提升其布局水平[2]。

2.2 分布式電源并網(wǎng)

分布式電源作為一種新興能源方式，其具有分散性、容量小的特征，且極易受到氣候以及水文條件因素的影響，具有一定間歇性和波動(dòng)性。柔性直流輸電在分布式電源并網(wǎng)中具有很好的適應(yīng)性。

2.3 電網(wǎng)增容改造與進(jìn)行直流供電

柔性直流輸電具備諧波含量少的優(yōu)勢(shì)，因此能夠及時(shí)迅速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率控制，提升系統(tǒng)電能質(zhì)量。另外，柔性直流輸電占地面積相對(duì)較少，從而提升了土地資源利用率，避免了不必要浪費(fèi)。在交流側(cè)電流控制中系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。

2.4 向弱系統(tǒng)或孤島供電

柔性直流輸電在應(yīng)用過(guò)程中，換相電壓不需要外部提供，在無(wú)源逆變狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行。無(wú)源網(wǎng)絡(luò)可以當(dāng)作受端系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了偏遠(yuǎn)地區(qū)的有效供電[3]。

3 多端柔性直流輸電系統(tǒng)的新能源并網(wǎng)建設(shè)與控制控制

3.1 采集、處理多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制信號(hào)

本文為實(shí)現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制信號(hào)的完整、及時(shí)采集，引入了饋線終端裝置，利用該裝置采集信號(hào)之后，該信號(hào)在通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳遞回控制主站，主站對(duì)數(shù)據(jù)和電壓信號(hào)等進(jìn)行分析，最終確定并網(wǎng)下柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制區(qū)段。柔性直流輸電對(duì)協(xié)同控制要求較高，需要保證其準(zhǔn)確性和精確度，因此需要進(jìn)一步提升信號(hào)采集水平。在柔性直流輸電系統(tǒng)中引入誤差傳感器，實(shí)現(xiàn)控制輻射功率的最小化，以此準(zhǔn)確、高精度的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的降噪和除雜。引入目標(biāo)函數(shù)R，其計(jì)算公式為

式中：n為數(shù)集，系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制信號(hào)；i為系統(tǒng)中涉及到的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)；P為初級(jí)聲源聲壓；PH為次級(jí)生源聲壓。將式（1）作為同步信號(hào)。

3.2 計(jì)算多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制頻率

通過(guò)上述分析進(jìn)行協(xié)調(diào)信號(hào)的采集，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制頻率的精確計(jì)算。在計(jì)算中需要為柔性直流輸電系統(tǒng)確定數(shù)值，然后進(jìn)行運(yùn)算，規(guī)定時(shí)間之后改變?cè)撝?，用于相系統(tǒng)協(xié)調(diào)頻率的計(jì)算。將柔性直流輸電系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)頻率計(jì)算公式為

式中：k為運(yùn)行過(guò)程中柔性直流輸電系統(tǒng)的比例系數(shù)；f(x)為采樣偏差；j為系統(tǒng)控制誤差比例參數(shù)。

3.3 實(shí)現(xiàn)多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制

得到柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制頻率后，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制，最終得到不同控制點(diǎn)位的具體控制數(shù)據(jù)。引入變量數(shù)據(jù)對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到映射并最終得到區(qū)域性映射，利用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和轉(zhuǎn)換，得到具體參數(shù)控制。用戶將得到的參數(shù)輸入系統(tǒng)中進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和校驗(yàn)，判別是否需要更改控制參數(shù)。系統(tǒng)中的控制信息和控制數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)端口進(jìn)行存儲(chǔ)，并且能夠?qū)⒋鎯?chǔ)的信息輸入到映射區(qū)域中，然后給出詞義和控制語(yǔ)義，執(zhí)行計(jì)算最終獲得正確控制結(jié)果，用于指導(dǎo)柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制[4,5]。

4 柔性直流輸電并網(wǎng)中常見(jiàn)故障和處理措施

4.1 發(fā)電機(jī)線圈損壞及處理措施

柔性直流輸電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)若長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，可能會(huì)直接影響定子線圈的絕緣性，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿。發(fā)電機(jī)中的絕緣部位是線圈保護(hù)的核心，若其出現(xiàn)損壞可能引發(fā)嚴(yán)重事故。如果發(fā)電機(jī)線圈發(fā)生了損壞，則需要進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，但修復(fù)需要時(shí)間較長(zhǎng)且成本較高。柔性直流輸電系統(tǒng)中的線圈若燒毀嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈損壞，影響發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。

具體應(yīng)對(duì)措施如下。一是在柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)等相關(guān)零部件生產(chǎn)中，工作人員須進(jìn)一步提高重視意識(shí)，不僅需要做好線圈清潔工作，而且需要做好絕緣層處理工作，有效阻止雜物等進(jìn)入電機(jī)中帶來(lái)負(fù)面影響。二是生產(chǎn)中應(yīng)該保證電機(jī)線圈完整涂漆、完全覆蓋，從而有限避免絕緣層燒毀或擊穿。三是柔性直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行，尤其是長(zhǎng)期運(yùn)行期間，必須做好發(fā)電機(jī)等零部件的運(yùn)維保養(yǎng)工作。柔性直流輸電系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)等零部件不斷摩擦，必然導(dǎo)致磨損問(wèn)題，嚴(yán)重的磨損可能產(chǎn)生高溫?zé)龤Ь€圈。在日常運(yùn)行過(guò)程中，必須做好日常保養(yǎng)維護(hù)工作，尤其關(guān)注軸承潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)，有效避免如上問(wèn)題。

4.2 發(fā)電機(jī)組故障及處理措施

工作人員在工作中應(yīng)著重關(guān)注發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)內(nèi)容和參數(shù)，包括外觀、各項(xiàng)數(shù)據(jù)、運(yùn)行指標(biāo)等，著重關(guān)注發(fā)電機(jī)組故障易發(fā)生部位和數(shù)據(jù)參數(shù)。首先工作人員須掌握發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，并且進(jìn)行記錄。若發(fā)現(xiàn)故障，需要對(duì)故障信息和詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行記錄。其次將這些數(shù)據(jù)傳輸至運(yùn)維人員，包括保養(yǎng)情況、設(shè)備運(yùn)行情況以及故障參數(shù)。運(yùn)維人員收到這些參數(shù)之后，須對(duì)故障進(jìn)行具體分析，得到故障誘因，并結(jié)合誘因制定科學(xué)的運(yùn)維計(jì)劃。在排除故障之后還需要給出保養(yǎng)計(jì)劃，給工作人員的實(shí)際工作提供指導(dǎo)。實(shí)際發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行狀況下故障誘因較多，其中問(wèn)題最多的是密封系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，故障多、影響大。在實(shí)際工作中，須做好詳細(xì)的檢測(cè)和記錄，同時(shí)對(duì)接工作中的工作人員和運(yùn)維人員必須認(rèn)真細(xì)致，執(zhí)行有效的方法和策略，判斷故障、排除故障、做好進(jìn)一步運(yùn)維。另外，發(fā)電機(jī)在柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)之后，會(huì)出現(xiàn)老化故障問(wèn)題，針對(duì)這種問(wèn)題需要及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的更換和升級(jí)換代。

4.3 借助專(zhuān)業(yè)的設(shè)施來(lái)診斷儀器設(shè)備

為有效了解把握柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，就須要借助專(zhuān)業(yè)、先進(jìn)的診斷儀器設(shè)備，如超聲波設(shè)備、紅外線等設(shè)備監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，同時(shí)在故障情況下能夠利用這些設(shè)備對(duì)發(fā)電機(jī)問(wèn)題進(jìn)行分析和判別，從而得到引發(fā)故障的主要原因，針對(duì)原因制定有效、科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施。目前，科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，各種新型技術(shù)和新型設(shè)備衍生出來(lái)，這些診斷設(shè)備和檢測(cè)儀器不斷完善和創(chuàng)新，我國(guó)也實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際接軌，甚至很多技術(shù)設(shè)備處于世界領(lǐng)先水平。這些新設(shè)備及新技術(shù)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升故障診斷準(zhǔn)確性，從而容易、快捷地找到發(fā)電機(jī)組等設(shè)備故障所在，也能更精確地分析故障原因，對(duì)于故障的針對(duì)性處理具有顯著作用。

4.4 絕緣線圈老化及處理措施

柔性直流輸電系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，發(fā)電機(jī)等設(shè)備和儀器的絕緣線圈會(huì)因高強(qiáng)度運(yùn)行產(chǎn)生一定的問(wèn)題，老化問(wèn)題尤其嚴(yán)重，進(jìn)而誘發(fā)各種問(wèn)題。其中很多電氣元件在高強(qiáng)度運(yùn)行中無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)電壓擊穿情況。對(duì)于柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)絕緣線圈老化的誘因主要集中在以下幾點(diǎn)。一是我國(guó)很多地區(qū)中的發(fā)電機(jī)組使用年限較長(zhǎng)，部分超過(guò)了10年，長(zhǎng)期的使用加上最終設(shè)備生產(chǎn)中采用材料和技術(shù)方面的缺陷，導(dǎo)致其絕緣材料會(huì)發(fā)生老化，直接影響設(shè)備的絕緣性能。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，線圈可能會(huì)直接被擊穿。二是絕緣脫殼是絕緣線圈老化，若發(fā)電機(jī)線圈中的絕緣漆發(fā)生了脫殼，在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)升壓困難情況，較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到正常水平。這個(gè)過(guò)程中設(shè)備和傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦，極易誘發(fā)安全事故。因此，在實(shí)際工作中如果發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題或者潛在問(wèn)題，需要及時(shí)進(jìn)行運(yùn)維或者更換，保證絕緣線圈的安全性。

5 結(jié) 論

柔性直流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中的具體應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性、高效性，尤其是在并網(wǎng)作用下柔性直流輸電技術(shù)具有的廣闊應(yīng)用前景。目前，該技術(shù)已經(jīng)在全世界的并網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。面對(duì)其運(yùn)行中可能存在的故障問(wèn)題，必須要得到重視，對(duì)故障進(jìn)行分析，同時(shí)采取科學(xué)措施進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。