论文部分内容阅读
摘要：南澳柔性直流系统的投运强化了南澳电网结构，提高南澳岛供电可靠性与风电场输送能力。本文对柔性直流系统运行方式、南澳柔性直流系统与交流电网配合运行方式进行介绍，对交流电网检修方式下柔性直流系统运行方式的选取进行分析，结合电网运行实际选取最优的方式。
关键词：南澳；柔性直流系统；交流电网；运行方式
The Analysis of the operation mode of Nan'ao HVDC systems
with AC Power Networks
CAI Lu-Xuan
（Shantou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp.，Shantou Guangdong 515041 ，China）
Abstract：Nan'ao HVDC systems strengthen the structure of Nan'ao power grid， improve the power supply reliability of Nan'ao Island and the transport capacity of wind farm. This paper introduces the operation mode of Nan'ao HVDC systems，the operation mode ofNan'ao HVDC systemswithAC Power Networks.Analyzedthe operation mode of Nan'ao HVDC systemswith the maintenance mode of AC Power Networks，to select the better operation mode.
Key words：Nan'ao； HVDC systems； AC Power Networks； Operation Mode
1.概述
南澳柔性直流系統是南方电网 “大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”重大科技项目，已经在汕头南澳电网正式投入运行。柔性直流系统与汕头交流电网110kV电压等级相连接，远期为4端系统，本期建设及投运为3端柔性直流系统，有2个送端换流站（金牛换流站和青澳换流站）和1个受端换流站（塑城换流站）。
其中牛头岭和云澳风电场通过金牛换流站送出，青澳、南亚和大篮口风电场通过青澳换流站送出，在金牛换流站汇流母线汇集后通过直流线路塑汇线送出至塑城换流站，由塑城换流站交流线路塑换线送至交流电网220kV塑城站的110kV母线。
2.柔性直流系统投运对南澳电网的影响简介
2.1强化电网结构，提供第三回电源。
南澳电网110kV交流通道有两回：塑城-莱芜-金牛、苏南-湾头-金牛。 柔性直流系统投入运行则增加第三回供电电源，提高电网运行的灵活性。
2.2电网正常运行时可以通过运行方式及柔直潮流控制策略的优化选择，提高电网经济运行。
2.3提高交流电网设备故障时的供电可靠性、降低对风电场并网的影响。
2.4电网检修方式下，可以减少因设备限流而对各风电场并网风机容量的控制。
2.5新增输电通道，送出南澳岛新增风电。
柔直工程远期还有换流站及输电线路的建设，满足规划中的塔屿风电场（约 50MW ）及其它一些小风电场电力的接入及送出。
3.柔性直流系统的运行方式
3.1交直流系统联结方式
交直流系统联结方式可采用交直流并联方式、纯直流方式、直流孤岛方式。
3.1.1交直流并联方式是指直流两端（三端）系统通过直流和交流线路联网运行。
3.1.2纯直流方式是指直流两端（三端）系统仅通过直流联网运行，交流联络线断开。
3.1.3直流孤岛方式是指送端换流站的交流侧电网与交流主网联络线断开，仅通过直流并入直流受端系统运行。
3.2南澳柔性直流系统与交流电网配合的运行方式
研究单位设定南澳柔性直流系统有14种运行方式，见表3.2-1。剔除不作为日常运行的试验方式，按照交直流系统联结方式可以归纳为6种运行方式。
表1南澳柔性直流系统14种设计运行方式
3.2.1三端交直流并联方式
直流系统的三个换流站（塑城换流站、金牛换流站、青澳换流站）都投入运行，都通过直流和交流线路联网运行。
3.2.2两端交直流并联方式
直流系统金牛换流站或青澳换流站停运，另外一个送端换流站通过直流和交流线路联网运行。
3.2.3两端纯直流方式
直流系统金牛换流站或青澳换流站停运，另外一个送端换流站仅通过直流联网运行，交流联络线断开。
3.2.4混合方式
直流系统三个换流站都投入运行，金牛换流站或青澳换流站采用交直流并联运行方式，另一个换流站采用纯直流方式。
3.2.5三端纯直流（孤岛）方式
直流系统三个换流站都投入运行，金牛换流站和青澳换流站仅通过直流联网运行，交流联络线断开。目前试验结果当交流线路都断开后，金牛换流站和青澳换流站失去站用电无法启动，此方式只在混合方式2状态下出现故障进行切换时出现。
3.2.6STATCOM运行方式
在柔性直流系统直流线路停运时及电网运行需要时，三个换流站都可以单独启动STATCOM运行方式运行，可以承担无功、电压调节功能，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿。应以就地平衡无功为原则，避免在南澳岛与主网的交流通道中出现明显的无功交换。 4柔性直流系统与交流电网的配合运行
4.1柔性直流系统实际运行中方式选取的约束条件
因柔直设备本身的性能、柔直工程的工程调试结论及试运行结果，需要对研究单位设定的14种设计运行方式在南澳电网实际运行的可行性进行评估，确定在交流电网正常运行方式及检修方式下的柔性直流系统运行方式。方式的评估和选取应综合考虑交流电网和柔性直流系统的以下约束条件：
4.1.1湾金线和莱金线为海底电缆，未配置重合闸装置，但苏湾线和塑莱II线为架空线，配置重合闸。110kV交流系统的断路器为三相联动，发生单相故障则跳三相。
4.1.2金牛站110kV母线正常方式为母线分段运行，母线的分段备自投按检无压启动。
4.1.3受限于柔性直流系统一次设备的能力。因为直流系统采用直流刀闸隔离，没有配置直流开关，在柔性直流系统三个换流站同时运行时，如需从三站运行方式转换为两站或单站运行的状态，直流系统必须先停运，操作需隔离的站至极隔离状态后重新启动；在柔性直流系统三个换流站同时运行时出现换流站N-1（即一个换流站闭锁），其他换流站将全部闭锁，柔性直流系统停运。
4.1.4按照柔直工程试运行结果，塑城-金牛交直流并联运行和塑城-金牛纯直流运行之间的计划性熱切换（交直流并联转纯直前要控制湾金线潮流接近为0）可以成功，其它条件下的切换成功率较低。塑城-青澳交直并联运行未能成功热切换到纯直流运行，塑城-青澳纯直流热切换到交直流并联运行成功率较低。
4.1.5在交流电网和柔性直流系统的三回输送通道N-1时，不造成任一回交流通道及柔性直流系统出现过载现象。
4.2柔性直流系统与交流电网配合的运行方式选取
4.2.1交流电网正常运行方式
在交流电网（110kV金牛变电站及两条交流通道）正常分列运行方式下，柔性直流系统可启动三端交直流并联方式或两端交直流并联方式（当柔性直流系统一个送端站检修或系统需要一个送端站启动STATCOM）。柔性直流系统潮流控制策略可采用潮流自动控制（直流优先策略）或定比例控制。
当柔性直流系统故障：柔性直流系统三端闭锁，三个换流站（塑城换流站、金牛换流站、青澳换流站）连接变101开关断开，金牛站及各风电场仍可正常运行。对交流电网没有影响。
当苏南-湾头-金牛通道故障跳闸，柔性直流系统可热切换到混合方式1（即塑城-金牛纯直流，塑城-青澳交直流并联），不影响金牛变电站及各风电场运行。若热切换不成功则柔性直流系统三端闭锁（三个换流站连接变101开关断开），金牛变电站110kV分段备自投动作，不会影响金牛变电站供电，牛头岭风电（东半岛部分负荷）、云澳风电失压。
当塑城-莱芜-金牛通道故障跳闸，直流系统三端闭锁（三个换流站连接变101开关断开）；金牛站110kV分段备自投动作，不影响金牛变电站供电，青澳风电、南亚风电、大篮口风电（东半岛部分负荷）失压。
若后续研究实现塑城-青澳交直流并联与纯直流的成功热切换，则在交流电网此故障下，柔性直流系统可热切换到混合方式2（塑城-金牛交直流并联、塑城-青澳纯直流），不影响金牛变电站及各风电场运行，切换成功只需要按照青澳换流站50MW的容量控制经110kV青金线并网的风机并网容量。
4.2.2并环操作过程的运行方式
在金牛变电站正常分列运行方式下，交流电网的方式转换操作过程会合上金牛变电站站110kV分段100开关，此种合环操作对柔性直流系统没有影响。此时，只要塑城-莱芜-金牛和苏南-湾头-金牛两回交流通道的输送功率不超过任一通道的运行限流值，交流线路N-1均对柔性直流系统和金牛站运行没有影响；柔性直流系统故障闭锁对金牛站运行没有影响。
4.2.3塑城-莱芜-金牛通道检修
此检修方式可对应两种柔性直流系统运行方式，柔性直流系统可启动三端交直流并联或混合方式2（塑城-金牛交直流并联、塑城-青澳纯直流方式，金牛站青金线142开关断开），见表4.2.3-1。
比较两种检修方式，第一种在停电前的方式转换操作比较简单，运行中为避免在柔性直流系统出现故障闭锁时导致湾金线严重过载跳闸而扩大事故范围，南澳片风电场需要提前控制并网机组容量，且控制幅度较大。第二种在停电前的方式转换操作比较复杂，需要青金线配合停电，但对南澳片风电场仅需控制经青金线并网的风电场，对风电场运行影响较小。
在通道停电较突然或检修时间较短时可采用第一种检修方式；若可预见检修时间持续较长，则可选择第二种检修方式。在研究单位后续研究实现和提高塑城-青澳交直流并联和纯直流的成功热切换后，第二种方式将体现明显的优势。
4.2.4.苏南-湾头-金牛通道检修
此检修方式可对应两种柔性直流系统运行方式，柔性直流系统可启动三端交直流并联或塑城-金牛两端纯直流（青澳换流站停运或启动STATCOM方式），见表4.2.4-1。
比较两种检修方式，操作方面差异不大，第二种方式在减少设备检修对风电场运行影响时具明显优势，在确认柔性直流系统运行稳定时应采用第二种检修方式。
4.2.5柔性直流系统检修方式
塑城换流站或金牛换流站的汇流母线检修，柔性直流系统停运。
金牛换流站检修，塑城、青澳换流站可以启动两端交直流并联或纯直流。
青澳换流站检修，塑城、金牛换流站可以启动两端交直流并联或纯直流。
柔性直流系统整体检修或任一个换流站检修时对交流电网都没有影响，交流电网两回通道可保持正常运行方式。
5.结语
本文对南澳柔性直流系统运行方式、柔性直流系统与交流电网配合运行方式进行介绍，并根据交流电网、柔性直流系统现状对交流电网检修方式下柔性直流系统运行方式的选取进行分析，结合电网运行实际选取最优的方式。南澳柔性直流系统经过长时间运行考验及研究单位持续的研究优化后，在电网安全稳定运行方面将会发挥更大作用。
参考文献
[1]陈名，饶宏，李立浧，等.南澳柔性直流输电系统主接线分析[J].南方电网技术，2012，6（6）：1-5
CHEN Ming，RAO Hong，LI Licheng， et al.Analysis on the Main Wiring of Nan'ao VSC-HVDC Tranmission System[J].Southern Power System Technology，2012，6（6）：1-5
[2]雷伟斌，张蕾.南澳海上风电换流站电气接线方案研究.电网与清洁能源，2013，29（4）：56-60
LEI Wei-bin，ZHANG Lei.Electrical Wiring of Converter Station for Nan'ao Offshore Wind Power.Power System and Clean Energy，2013，29（4）：56-60
作者简介：蔡璐璇（1978），女，广东人，工程师，工学学士，从事电力系统调度运行方式工作。
关键词：南澳；柔性直流系统；交流电网；运行方式
The Analysis of the operation mode of Nan'ao HVDC systems
with AC Power Networks
CAI Lu-Xuan
（Shantou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp.，Shantou Guangdong 515041 ，China）
Abstract：Nan'ao HVDC systems strengthen the structure of Nan'ao power grid， improve the power supply reliability of Nan'ao Island and the transport capacity of wind farm. This paper introduces the operation mode of Nan'ao HVDC systems，the operation mode ofNan'ao HVDC systemswithAC Power Networks.Analyzedthe operation mode of Nan'ao HVDC systemswith the maintenance mode of AC Power Networks，to select the better operation mode.
Key words：Nan'ao； HVDC systems； AC Power Networks； Operation Mode
1.概述
南澳柔性直流系統是南方电网 “大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”重大科技项目，已经在汕头南澳电网正式投入运行。柔性直流系统与汕头交流电网110kV电压等级相连接，远期为4端系统，本期建设及投运为3端柔性直流系统，有2个送端换流站（金牛换流站和青澳换流站）和1个受端换流站（塑城换流站）。
其中牛头岭和云澳风电场通过金牛换流站送出，青澳、南亚和大篮口风电场通过青澳换流站送出，在金牛换流站汇流母线汇集后通过直流线路塑汇线送出至塑城换流站，由塑城换流站交流线路塑换线送至交流电网220kV塑城站的110kV母线。
2.柔性直流系统投运对南澳电网的影响简介
2.1强化电网结构，提供第三回电源。
南澳电网110kV交流通道有两回：塑城-莱芜-金牛、苏南-湾头-金牛。 柔性直流系统投入运行则增加第三回供电电源，提高电网运行的灵活性。
2.2电网正常运行时可以通过运行方式及柔直潮流控制策略的优化选择，提高电网经济运行。
2.3提高交流电网设备故障时的供电可靠性、降低对风电场并网的影响。
2.4电网检修方式下，可以减少因设备限流而对各风电场并网风机容量的控制。
2.5新增输电通道，送出南澳岛新增风电。
柔直工程远期还有换流站及输电线路的建设，满足规划中的塔屿风电场（约 50MW ）及其它一些小风电场电力的接入及送出。
3.柔性直流系统的运行方式
3.1交直流系统联结方式
交直流系统联结方式可采用交直流并联方式、纯直流方式、直流孤岛方式。
3.1.1交直流并联方式是指直流两端（三端）系统通过直流和交流线路联网运行。
3.1.2纯直流方式是指直流两端（三端）系统仅通过直流联网运行，交流联络线断开。
3.1.3直流孤岛方式是指送端换流站的交流侧电网与交流主网联络线断开，仅通过直流并入直流受端系统运行。
3.2南澳柔性直流系统与交流电网配合的运行方式
研究单位设定南澳柔性直流系统有14种运行方式，见表3.2-1。剔除不作为日常运行的试验方式，按照交直流系统联结方式可以归纳为6种运行方式。
表1南澳柔性直流系统14种设计运行方式
3.2.1三端交直流并联方式
直流系统的三个换流站（塑城换流站、金牛换流站、青澳换流站）都投入运行，都通过直流和交流线路联网运行。
3.2.2两端交直流并联方式
直流系统金牛换流站或青澳换流站停运，另外一个送端换流站通过直流和交流线路联网运行。
3.2.3两端纯直流方式
直流系统金牛换流站或青澳换流站停运，另外一个送端换流站仅通过直流联网运行，交流联络线断开。
3.2.4混合方式
直流系统三个换流站都投入运行，金牛换流站或青澳换流站采用交直流并联运行方式，另一个换流站采用纯直流方式。
3.2.5三端纯直流（孤岛）方式
直流系统三个换流站都投入运行，金牛换流站和青澳换流站仅通过直流联网运行，交流联络线断开。目前试验结果当交流线路都断开后，金牛换流站和青澳换流站失去站用电无法启动，此方式只在混合方式2状态下出现故障进行切换时出现。
3.2.6STATCOM运行方式
在柔性直流系统直流线路停运时及电网运行需要时，三个换流站都可以单独启动STATCOM运行方式运行，可以承担无功、电压调节功能，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿。应以就地平衡无功为原则，避免在南澳岛与主网的交流通道中出现明显的无功交换。 4柔性直流系统与交流电网的配合运行
4.1柔性直流系统实际运行中方式选取的约束条件
因柔直设备本身的性能、柔直工程的工程调试结论及试运行结果，需要对研究单位设定的14种设计运行方式在南澳电网实际运行的可行性进行评估，确定在交流电网正常运行方式及检修方式下的柔性直流系统运行方式。方式的评估和选取应综合考虑交流电网和柔性直流系统的以下约束条件：
4.1.1湾金线和莱金线为海底电缆，未配置重合闸装置，但苏湾线和塑莱II线为架空线，配置重合闸。110kV交流系统的断路器为三相联动，发生单相故障则跳三相。
4.1.2金牛站110kV母线正常方式为母线分段运行，母线的分段备自投按检无压启动。
4.1.3受限于柔性直流系统一次设备的能力。因为直流系统采用直流刀闸隔离，没有配置直流开关，在柔性直流系统三个换流站同时运行时，如需从三站运行方式转换为两站或单站运行的状态，直流系统必须先停运，操作需隔离的站至极隔离状态后重新启动；在柔性直流系统三个换流站同时运行时出现换流站N-1（即一个换流站闭锁），其他换流站将全部闭锁，柔性直流系统停运。
4.1.4按照柔直工程试运行结果，塑城-金牛交直流并联运行和塑城-金牛纯直流运行之间的计划性熱切换（交直流并联转纯直前要控制湾金线潮流接近为0）可以成功，其它条件下的切换成功率较低。塑城-青澳交直并联运行未能成功热切换到纯直流运行，塑城-青澳纯直流热切换到交直流并联运行成功率较低。
4.1.5在交流电网和柔性直流系统的三回输送通道N-1时，不造成任一回交流通道及柔性直流系统出现过载现象。
4.2柔性直流系统与交流电网配合的运行方式选取
4.2.1交流电网正常运行方式
在交流电网（110kV金牛变电站及两条交流通道）正常分列运行方式下，柔性直流系统可启动三端交直流并联方式或两端交直流并联方式（当柔性直流系统一个送端站检修或系统需要一个送端站启动STATCOM）。柔性直流系统潮流控制策略可采用潮流自动控制（直流优先策略）或定比例控制。
当柔性直流系统故障：柔性直流系统三端闭锁，三个换流站（塑城换流站、金牛换流站、青澳换流站）连接变101开关断开，金牛站及各风电场仍可正常运行。对交流电网没有影响。
当苏南-湾头-金牛通道故障跳闸，柔性直流系统可热切换到混合方式1（即塑城-金牛纯直流，塑城-青澳交直流并联），不影响金牛变电站及各风电场运行。若热切换不成功则柔性直流系统三端闭锁（三个换流站连接变101开关断开），金牛变电站110kV分段备自投动作，不会影响金牛变电站供电，牛头岭风电（东半岛部分负荷）、云澳风电失压。
当塑城-莱芜-金牛通道故障跳闸，直流系统三端闭锁（三个换流站连接变101开关断开）；金牛站110kV分段备自投动作，不影响金牛变电站供电，青澳风电、南亚风电、大篮口风电（东半岛部分负荷）失压。
若后续研究实现塑城-青澳交直流并联与纯直流的成功热切换，则在交流电网此故障下，柔性直流系统可热切换到混合方式2（塑城-金牛交直流并联、塑城-青澳纯直流），不影响金牛变电站及各风电场运行，切换成功只需要按照青澳换流站50MW的容量控制经110kV青金线并网的风机并网容量。
4.2.2并环操作过程的运行方式
在金牛变电站正常分列运行方式下，交流电网的方式转换操作过程会合上金牛变电站站110kV分段100开关，此种合环操作对柔性直流系统没有影响。此时，只要塑城-莱芜-金牛和苏南-湾头-金牛两回交流通道的输送功率不超过任一通道的运行限流值，交流线路N-1均对柔性直流系统和金牛站运行没有影响；柔性直流系统故障闭锁对金牛站运行没有影响。
4.2.3塑城-莱芜-金牛通道检修
此检修方式可对应两种柔性直流系统运行方式，柔性直流系统可启动三端交直流并联或混合方式2（塑城-金牛交直流并联、塑城-青澳纯直流方式，金牛站青金线142开关断开），见表4.2.3-1。
比较两种检修方式，第一种在停电前的方式转换操作比较简单，运行中为避免在柔性直流系统出现故障闭锁时导致湾金线严重过载跳闸而扩大事故范围，南澳片风电场需要提前控制并网机组容量，且控制幅度较大。第二种在停电前的方式转换操作比较复杂，需要青金线配合停电，但对南澳片风电场仅需控制经青金线并网的风电场，对风电场运行影响较小。
在通道停电较突然或检修时间较短时可采用第一种检修方式；若可预见检修时间持续较长，则可选择第二种检修方式。在研究单位后续研究实现和提高塑城-青澳交直流并联和纯直流的成功热切换后，第二种方式将体现明显的优势。
4.2.4.苏南-湾头-金牛通道检修
此检修方式可对应两种柔性直流系统运行方式，柔性直流系统可启动三端交直流并联或塑城-金牛两端纯直流（青澳换流站停运或启动STATCOM方式），见表4.2.4-1。
比较两种检修方式，操作方面差异不大，第二种方式在减少设备检修对风电场运行影响时具明显优势，在确认柔性直流系统运行稳定时应采用第二种检修方式。
4.2.5柔性直流系统检修方式
塑城换流站或金牛换流站的汇流母线检修，柔性直流系统停运。
金牛换流站检修，塑城、青澳换流站可以启动两端交直流并联或纯直流。
青澳换流站检修，塑城、金牛换流站可以启动两端交直流并联或纯直流。
柔性直流系统整体检修或任一个换流站检修时对交流电网都没有影响，交流电网两回通道可保持正常运行方式。
5.结语
本文对南澳柔性直流系统运行方式、柔性直流系统与交流电网配合运行方式进行介绍，并根据交流电网、柔性直流系统现状对交流电网检修方式下柔性直流系统运行方式的选取进行分析，结合电网运行实际选取最优的方式。南澳柔性直流系统经过长时间运行考验及研究单位持续的研究优化后，在电网安全稳定运行方面将会发挥更大作用。
参考文献
[1]陈名，饶宏，李立浧，等.南澳柔性直流输电系统主接线分析[J].南方电网技术，2012，6（6）：1-5
CHEN Ming，RAO Hong，LI Licheng， et al.Analysis on the Main Wiring of Nan'ao VSC-HVDC Tranmission System[J].Southern Power System Technology，2012，6（6）：1-5
[2]雷伟斌，张蕾.南澳海上风电换流站电气接线方案研究.电网与清洁能源，2013，29（4）：56-60
LEI Wei-bin，ZHANG Lei.Electrical Wiring of Converter Station for Nan'ao Offshore Wind Power.Power System and Clean Energy，2013，29（4）：56-60
作者简介：蔡璐璇（1978），女，广东人，工程师，工学学士，从事电力系统调度运行方式工作。