研究背景

國(guó)家電網(wǎng)有限公司建設(shè)了張北±500kV柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程（簡(jiǎn)稱“張北柔直電網(wǎng)工程”），其四端直流電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。該工程采用環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可靠性高且能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電或多落點(diǎn)供電。張北柔直電網(wǎng)工程能夠?yàn)槲磥?lái)電網(wǎng)的風(fēng)、光、儲(chǔ)、抽蓄一體化運(yùn)作、功率互補(bǔ)輸送起到非常好的技術(shù)指導(dǎo)和示范作用。

圖1 四端直流電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

張北柔直電網(wǎng)工程的四端分別為北京站、張北站、康保站和豐寧站，其中北京站為受端，張北站、康保站為直流電網(wǎng)新能源送端，豐寧站與抽蓄電站直接連接，為直流電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)端，四站的額定容量分別為3000MW、3000MW、1500MW、1500MW。

論文所解決的問(wèn)題及意義

與高壓交流電網(wǎng)相比，直流電網(wǎng)的電源特性、運(yùn)行方式、控制方式等存在較大差異，使高壓大容量等級(jí)的直流電網(wǎng)發(fā)展在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面面臨巨大挑戰(zhàn)。

張北柔直電網(wǎng)工程的顯著特點(diǎn)是直流網(wǎng)絡(luò)化、交直流混聯(lián)、新能源孤島接入、直流側(cè)低慣性弱阻尼。控制保護(hù)系統(tǒng)是柔性直流電網(wǎng)的“大腦”，負(fù)責(zé)柔性直流電網(wǎng)的潮流控制、運(yùn)行方式、故障保護(hù)，保障電網(wǎng)安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，考慮到張北柔直電網(wǎng)工程作為世界首個(gè)柔性直流電網(wǎng)工程，現(xiàn)階段設(shè)備能力相對(duì)較弱，電網(wǎng)運(yùn)行方式復(fù)雜，配置上層控制方案，積累經(jīng)驗(yàn)。

本文分析上層控制的主要功能，以及直流上層控制和系統(tǒng)穩(wěn)控之間的配合關(guān)系，并通過(guò)仿真進(jìn)行驗(yàn)證。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文將雙極直流電網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四層結(jié)構(gòu)，即站間協(xié)調(diào)控制層、雙極控制層、極控制層和閥控制層，如圖2所示。張北柔直電網(wǎng)工程在北京站和張北站分別配置了一套站間協(xié)調(diào)控制（SCC）設(shè)備，采用主備方式實(shí)現(xiàn)多換流站間協(xié)調(diào)控制。

站間協(xié)調(diào)控制可以對(duì)四站進(jìn)行總的協(xié)調(diào)，減少系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中投退換流閥的擾動(dòng)，降低站間通信的負(fù)載率。當(dāng)失去站間通信時(shí)，通過(guò)設(shè)置在極控制層的不依賴通信的協(xié)調(diào)控制策略實(shí)現(xiàn)換流站的運(yùn)行。站間協(xié)調(diào)控制主機(jī)實(shí)現(xiàn)站間協(xié)調(diào)控制層的相關(guān)控制功能。

圖2 雙極直流電網(wǎng)控制系統(tǒng)架構(gòu)

直流控制系統(tǒng)與安穩(wěn)裝置的信號(hào)采用光纖通信方式，采用IEC 60044—8協(xié)議，交叉連接，其中康保換流站、豐寧換流站內(nèi)單套穩(wěn)控裝置與柔性直流控保四套極控、兩套站控裝置均通信?？当Ｕ竞拓S寧站內(nèi)穩(wěn)控與直流控制接口如圖3所示。

圖3康保、豐寧站內(nèi)穩(wěn)控與直流控制接口

北京換流站、康保換流站內(nèi)單套穩(wěn)控裝置與柔性直流控保四套極控、兩套站控、兩套站間協(xié)調(diào)控制主機(jī)裝置均通信。北京站和張北站內(nèi)穩(wěn)控與直流控制接口如圖4所示。

圖4北京、張北站內(nèi)穩(wěn)控與直流控制接口

基于張北柔直電網(wǎng)工程組建了四端實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)（RTDS）平臺(tái)，由RTDS實(shí)時(shí)仿真器與研制的控制保護(hù)樣機(jī)組成閉環(huán)仿真系統(tǒng)，控制保護(hù)樣機(jī)通過(guò)硬接點(diǎn)或光纖與RTDS連接和通信。

結(jié)論

本文介紹了柔性直流電網(wǎng)中控制保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述了上層協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)的直流電壓協(xié)調(diào)控制和范圍控制及過(guò)負(fù)荷控制等功能，滿足直流電網(wǎng)初期的應(yīng)用需求；針對(duì)直流電網(wǎng)接入新能源孤島方式，提出了協(xié)調(diào)控制和穩(wěn)控系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)直流電網(wǎng)傳輸功率極限的計(jì)算方法和切機(jī)策略，兼顧了新能源發(fā)電送出要求和直流電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定要求，本文策略已經(jīng)在張北柔直電網(wǎng)工程中應(yīng)用。

但是由于協(xié)調(diào)控制層級(jí)的配置對(duì)大范圍的直流電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)了一定限制，因此有必要繼續(xù)開(kāi)展大規(guī)模直流電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合下的穩(wěn)定控制研究。

本文編自2022年第4期《電氣技術(shù)》，論文第一作者為盧宇，1979年生，碩士，高級(jí)工程師，從事直流輸電和電力電子設(shè)備研發(fā)工作。本課題得到了“國(guó)家自然科學(xué)基金委智能電網(wǎng)聯(lián)合基金資助項(xiàng)目”的支持。