祿高肇三端直流工程是2020年中國(guó)南方電網(wǎng)公司國(guó)內(nèi)首個(gè)將常規(guī)兩端直流工程改為三端直流的±500kV直流輸電工程，該工程包括祿勸、高坡和肇慶3個(gè)換流站，其中云南±500kV祿勸換流站為新建換流站，貴州±500kV高坡?lián)Q流站、廣東±500kV肇慶換流站為2004年投產(chǎn)的原高肇直流工程進(jìn)行控保改造后的換流站，三者形成跨云南—貴州—廣東的三端直流輸電通道。祿高肇三端直流系統(tǒng)可根據(jù)西部水電、火電情況，選擇合適的送電模式，為解決云南棄水問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)云貴兩省水火電資源優(yōu)化配置提供了有效途徑。

相對(duì)于常規(guī)兩端直流工程，祿高肇三端直流工程可以?xún)啥溯旊?，也可以三端輸電，且可在系統(tǒng)不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)兩端或三端運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。在祿高肇直流工程投產(chǎn)前，我國(guó)對(duì)常規(guī)三端直流工程的運(yùn)行特性完全沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，因此有必要結(jié)合功能性能試驗(yàn)（functional performance test, FPT）及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，針對(duì)三端直流工程第三站在線(xiàn)投入試驗(yàn)現(xiàn)象，分析第三站投入過(guò)程中的控制策略和經(jīng)歷的暫態(tài)過(guò)程，進(jìn)而對(duì)祿高肇三端直流工程第三站投入特性作出評(píng)估。

1 祿高肇直流工程的運(yùn)行方式

祿高肇三端直流系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示，祿高肇直流系統(tǒng)采用三端并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包含祿勸站、高坡站和肇慶站三個(gè)換流站，其中高坡站為匯流站。

由于高坡站既可以作為整流站運(yùn)行，又可以作為逆變站運(yùn)行，所以祿高肇直流工程三端運(yùn)行時(shí)可以分為：①祿勸、高坡（整流）送肇慶（逆變），簡(jiǎn)稱(chēng)二送一模式；②祿勸（整流）送高坡、肇慶（逆變），簡(jiǎn)稱(chēng)一送二模式。其中，二送一模式時(shí)，由于祿勸站和高坡站均作為整流站運(yùn)行，可以進(jìn)行在線(xiàn)投退，肇慶站作為唯一的逆變站，不能進(jìn)行在線(xiàn)投退；一送二模式時(shí)，由于高坡站和肇慶站均作為逆變站運(yùn)行，可以在線(xiàn)投退，祿勸站作為唯一的整流站，不能進(jìn)行在線(xiàn)投退。

圖1 祿高肇三端直流系統(tǒng)拓?fù)?/p>

基于祿高肇直流工程的直流輸電接線(xiàn)方式，即雙極大地、單極大地回線(xiàn)、單極金屬回線(xiàn)與不同的站端運(yùn)行方式一起組合，可以有57種直流輸電運(yùn)行方式。

2 祿高肇直流工程的第三站在線(xiàn)投入操作

第三站在線(xiàn)投入過(guò)程是三端直流輸電系統(tǒng)由兩端解鎖運(yùn)行轉(zhuǎn)換到三端解鎖運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。第三站投入操作是三端直流輸電系統(tǒng)相對(duì)兩端直流系統(tǒng)特有的操作，而對(duì)于祿高肇三端直流系統(tǒng)，第三站投入既是常用的基本操作，也是從兩端運(yùn)行到三端運(yùn)行靈活轉(zhuǎn)換的方式。然而，祿高肇±500kV直流輸電工程的第三站投入過(guò)程，在南方電網(wǎng)常規(guī)的兩端直流輸電工程中并不存在。

以原高肇±500kV直流輸電工程為例，由于只有一個(gè)整流站和一個(gè)逆變站，兩站解鎖操作和閉鎖操作同時(shí)進(jìn)行。祿高肇±500kV直流輸電工程第三站投入過(guò)程是在兩站解鎖運(yùn)行時(shí)，需投入站先由運(yùn)行人員操作至閉鎖狀態(tài)，再發(fā)出極投入命令，極控執(zhí)行合并聯(lián)高速開(kāi)關(guān)（high speed switch, HSS）兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)順序控制命令，并將該命令傳輸至高坡站直流站控執(zhí)行。

待極控收到HSS兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)在合位后，運(yùn)行中的兩站啟動(dòng)移相，待直流電壓低于0.6p.u.，合投入站對(duì)應(yīng)并聯(lián)HSS，之后第三站解鎖同時(shí)另外兩站取消移相。若投入站對(duì)應(yīng)并聯(lián)HSS合位失敗，則分并聯(lián)HSS及其兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，極退出。第三站在線(xiàn)投入邏輯如圖2所示。

圖2 第三站在線(xiàn)投入邏輯

3 祿高肇直流工程的第三站在線(xiàn)投入過(guò)程分析

祿高肇直流工程第三站在并聯(lián)HSS合位前，極控系統(tǒng)按照順序控制合HSS兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，運(yùn)行站移相，然后合HSS，并無(wú)差異。但并聯(lián)HSS合上后對(duì)于二送一模式下祿勸站或高坡站在線(xiàn)投入和一送二模式下高坡站或肇慶站在線(xiàn)投入兩種工況，三站解鎖順序存在差異。下面對(duì)二送一模式和一送二模式下第三站投入過(guò)程進(jìn)行分析。

3.1 二送一模式下第三站投入過(guò)程

二送一模式時(shí)，祿勸站和高坡站都為整流模式且都控電流，故兩站的在線(xiàn)投入邏輯完全一致。二送一模式下，第三站在線(xiàn)投入的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：待投入站（祿勸站或高坡站）相應(yīng)極順序控制操作至閉鎖狀態(tài)，待運(yùn)行人員下發(fā)換流站在線(xiàn)投入命令時(shí)，待投運(yùn)站極控發(fā)順序控制命令至高坡站直流場(chǎng)接口屏，將對(duì)應(yīng)的并聯(lián)HSS兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)合上后。

另外兩站強(qiáng)制移相，整流站先將觸發(fā)延遲角設(shè)置為120°，持續(xù)時(shí)間60ms，后將觸發(fā)延遲角設(shè)置為160°，直流電壓UdL低于0.6p.u.（300kV）時(shí)，待投運(yùn)站極控發(fā)順序控制命令至高坡站直流場(chǎng)接口屏合并聯(lián)HSS，待并聯(lián)HSS合上后，另外兩站取消移相信號(hào)，功率恢復(fù)正常，投入站延時(shí)釋放脈沖，將觸發(fā)延遲角由160°設(shè)置為正常運(yùn)行角度。

圖3為二送一模式下，高坡站（整流）在線(xiàn)投入錄波。圖3中波形由上至下依次為祿勸站Yy型換流變閥側(cè)繞組三相電流、高坡站Yy型換流變閥側(cè)繞組三相電流、肇慶站Yy型換流變閥側(cè)繞組三相電流、三站觸發(fā)延遲角、祿勸站觸發(fā)脈沖釋放信號(hào)FP-EN、祿勸站強(qiáng)制移相信號(hào)FR、高坡站觸發(fā)脈沖釋放信號(hào)FP-EN、高坡站強(qiáng)制移相信號(hào)FR、高坡站側(cè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)位置信號(hào)HSS_CLS_IND。

從圖3可以看出，高坡站投入前祿勸站和肇慶站正常運(yùn)行，高坡站投入過(guò)程中祿勸站和肇慶站進(jìn)行移相，（約93ms）待高坡站檢測(cè)到祿勸站直流場(chǎng)極線(xiàn)電壓UdL低于300kV時(shí)合上高坡站側(cè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)HSS，高坡站側(cè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)HSS合上后（約200ms），祿勸站結(jié)束強(qiáng)制移相，100ms后高坡站釋放觸發(fā)脈沖，高坡站投入成功。由圖3可以看出，第三站投入過(guò)程平穩(wěn)，沒(méi)有產(chǎn)生威脅直流輸電設(shè)備的過(guò)電流，投入站和在運(yùn)站均沒(méi)有直流避雷器動(dòng)作的記錄，整個(gè)第三站投入過(guò)程從在運(yùn)站強(qiáng)制移相開(kāi)始至結(jié)束約300ms，至在運(yùn)站恢復(fù)原電流水平平穩(wěn)運(yùn)行約700ms，對(duì)交流系統(tǒng)的沖擊在允許范圍內(nèi)。

圖3 二送一模式下高坡站在線(xiàn)投入錄波

3.2 一送二模式下第三站投入過(guò)程

一送二模式時(shí)，高坡站和肇慶站都為逆變模式，第三站投入過(guò)程與二送一模式時(shí)類(lèi)似。但高坡站控電流、肇慶站控電壓在投入過(guò)程中存在些許差異。

圖4為一送二模式下，高坡站（逆變）在線(xiàn)投入錄波。從圖4可以看出，祿勸站（整流）強(qiáng)制移相后，待高坡站（逆變）檢測(cè)到祿勸站（整流）直流場(chǎng)極線(xiàn)電壓UdL低于300kV時(shí)合上高坡站側(cè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)HSS，高坡站側(cè)并聯(lián)HSS合上后，祿勸站（整流）和肇慶站（逆變）取消強(qiáng)制移相信號(hào)，恢復(fù)功率，高坡站釋放脈沖，高坡站完成解鎖，隨即閥側(cè)電流產(chǎn)生。

圖5為一送二模式下，肇慶站（逆變）在線(xiàn)投入錄波。從圖5可以看出，在祿勸站（整流）強(qiáng)制移相后，待肇慶站檢測(cè)到祿勸站直流場(chǎng)極線(xiàn)電壓UdL低于300kV時(shí)合上肇慶站側(cè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)HSS，肇慶站側(cè)并聯(lián)HSS合上后，肇慶站釋放脈沖，肇慶站完成解鎖。祿勸站在收到高坡站和肇慶站的脈沖使能信號(hào)后，取消移相信號(hào)，恢復(fù)功率。約600ms后肇慶站閥側(cè)電流產(chǎn)生。

圖4 一送二模式下高坡站在線(xiàn)投入錄波

圖5 一送二模式下肇慶站在線(xiàn)投入錄波

從圖4和圖5可以看出，一送二模式下，第三站（高坡站或肇慶站）投入過(guò)程中，在運(yùn)站在強(qiáng)制移相期間及強(qiáng)制移相后，電流能平滑變化，沒(méi)有產(chǎn)生影響直流系統(tǒng)設(shè)備的過(guò)電流。

4 結(jié)論

本文對(duì)祿高肇直流工程第三站在線(xiàn)投入過(guò)程及FPT波形進(jìn)行分析。從分析結(jié)果看，在第三站投入過(guò)程中通過(guò)對(duì)在運(yùn)站進(jìn)行強(qiáng)制移相，順序控制合上投入站并聯(lián)HSS的策略，對(duì)三端直流系統(tǒng)運(yùn)行的沖擊較小，能夠可靠實(shí)現(xiàn)常規(guī)三端直流工程的第三站在線(xiàn)投入。

本文編自2022年第8期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“祿高肇三端直流工程第三站在線(xiàn)投入特性分析”，作者為韓豐收、肖一鵬 等，本課題得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。