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(yán) 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(gè)電力行業(yè)進(jìn)步與發(fā)展提供了動(dòng)力。面對(duì)這一現(xiàn)狀，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)不同輸電技術(shù)的研究，詳細(xì)掌握其特點(diǎn)、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(shí)踐，更好地發(fā)揮其價(jià)值和優(yōu)勢(shì)[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(shì)，備受社會(huì)關(guān)注[2]。在實(shí)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(shí)解決電網(wǎng)運(yùn)行問題，降低其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

1 柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制要點(diǎn)

基于柔性直流電網(wǎng)實(shí)際特點(diǎn)，并結(jié)合有關(guān)方面的控制思想，分析其控制要點(diǎn)，具體包括以下三個(gè)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(diǎn)，即保證相關(guān)的控制系統(tǒng)各個(gè)模塊之間具有協(xié)調(diào)性，且控制系統(tǒng)能夠與電網(wǎng)運(yùn)行相協(xié)調(diào)，從而消除有關(guān)方面工作的內(nèi)部矛盾，強(qiáng)化實(shí)際應(yīng)用效果[3]。其二，及時(shí)性。在實(shí)踐中，應(yīng)增強(qiáng)控制的及時(shí)性，只有及時(shí)實(shí)施控制工作，才能避免影響擴(kuò)大化，強(qiáng)化控制的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和意義[4]。其三，智能性。在新時(shí)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(dòng)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(fēng)險(xiǎn)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(shì)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(diǎn)各有不同。其中，對(duì)于并聯(lián)的接線方式，不同級(jí)別的換流站可以根據(jù)需要共同接入同一個(gè)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(dāng)擴(kuò)展，容易完成絕緣設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)和模式皆簡(jiǎn)單易操作。因此，在有關(guān)方面的研究以及實(shí)際工程項(xiàng)目建設(shè)方面使用較廣。混聯(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(diǎn)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(shí)例，設(shè)置5個(gè)站，其中，1站和2站處于功率輸送端，并與風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)光電站之間建立穩(wěn)定的連接。每個(gè)發(fā)電場(chǎng)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(jí)的輸電線路。同時(shí)，在每條直流輸電線路兩側(cè)位置設(shè)置1臺(tái)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(kuò)大化。4站位于3站和5站之間，功率相對(duì)較小。對(duì)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(dāng)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(yùn)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(duì)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(duì)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(duì)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(diǎn)，結(jié)合五端并聯(lián)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)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(shí)，為了強(qiáng)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(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)信息采集，并分析電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)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(shí)別的命令形式傳至控制模塊，控制模塊及時(shí)執(zhí)行控制命令，避免影響擴(kuò)大化。此外，如果問題較為嚴(yán)重，超過一定的限值，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，使相關(guān)工作人員了解具體情況，輔助完成控制工作，強(qiáng)化控制效果。對(duì)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(jì)

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(jì)。當(dāng)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(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和處理。首先，調(diào)整目標(biāo)設(shè)置。對(duì)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(biāo)，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(duì)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(jì)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(duì)應(yīng)的工況下每個(gè)極換流站的功率最大值；（2）對(duì)正負(fù)極換流站最大值進(jìn)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(gè)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(jìn)行運(yùn)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(jì)

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(gè)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(jìn)行詳細(xì)介紹。對(duì)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(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的調(diào)控和保護(hù)功能。具體操作時(shí)，可以采取主從控制模式，進(jìn)行控制模式轉(zhuǎn)換。但是，這對(duì)站間的通信能力有要求，要求其必須高速實(shí)施，且依賴性較高，如果單獨(dú)采取這一策略進(jìn)行控制，則容易出現(xiàn)控制風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此，可采取聯(lián)合控制模式，即同時(shí)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(fēng)險(xiǎn)。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(duì)于直流電壓偏差及偏差斜率控制模式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，進(jìn)行直流電壓偏差及偏差斜率的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行“最佳”狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，使其與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行具有良好的協(xié)調(diào)性和實(shí)用性。

4 結(jié)束語

柔性直流電網(wǎng)正處于快速發(fā)展時(shí)期，并具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此，應(yīng)提高對(duì)其運(yùn)行管理方面的重視，合理制訂協(xié)調(diào)控制策略并實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。具體操作時(shí)，應(yīng)側(cè)重柔性直流電網(wǎng)特點(diǎn)分析，并結(jié)合電網(wǎng)的運(yùn)行需求，明確有關(guān)方面策略的制訂要點(diǎn)，正確選擇協(xié)調(diào)控制模式，強(qiáng)化控制效果。同時(shí)，還要融入新時(shí)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(jìn)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(jì)與實(shí)施，為相關(guān)工作開展提供有力支持。