南匯柔性直流輸電調(diào)研上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電示范工程是國(guó)內(nèi)首例柔性直流輸電工程。工程新建書(shū)柔換流站、南風(fēng)換流站和兩站間的一回柔性直流線路。柔性直流輸電額定電壓為30KV，直流額定電流300A，輸送功率18MVA,直流電纜長(zhǎng)8.6KM兩站均為地下一層加地上三層結(jié)構(gòu)。柔性直流輸電技術(shù)的工程應(yīng)用，對(duì)于智能電網(wǎng)的建設(shè)具有重要的意義柔性直流換流閥采用的元件是一種可自關(guān)斷器件，因此，換流站有功功率和無(wú)功功率的流向可以獨(dú)立控制；并且，柔性直流輸電系統(tǒng)不需要交流系統(tǒng)提供換相容量，可以向無(wú)源負(fù)荷供電，同時(shí)，柔性直流輸電系統(tǒng)中的換流閥的開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)較高，換流站的輸出電壓諧波量較小因此，柔性直流輸電技術(shù)在孤島供電城市電網(wǎng)供電分布式能源并網(wǎng)等方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。1、柔性直流系統(tǒng)接入方案與運(yùn)行方式柔性直流系統(tǒng)接入方案與運(yùn)行方式，柔性直流的系統(tǒng)接入方案如圖1所示風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)變壓器升壓后送入35KV南匯風(fēng)電場(chǎng)站的10KV母線，再由南匯風(fēng)電場(chǎng)站升壓至35KV南匯風(fēng)電場(chǎng)原有兩回交流線路和35KV大治站相連.改造后，南匯風(fēng)電場(chǎng)35KVI母上的交流線路開(kāi)斷，接入南風(fēng)換流站，經(jīng)過(guò)換流變換、流閥等設(shè)備實(shí)現(xiàn)交直流變換，然后通過(guò)直流輸電線路傳輸?shù)綄?duì)側(cè)的書(shū)柔換流站，通過(guò)直/交流變換后接入大治站母線。柔性直流換流站可以選擇2種運(yùn)行模式，分別為單站靜止無(wú)功補(bǔ)償器模式和兩站直流輸電模式，通過(guò)柔性直流換流站運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換以及電網(wǎng)中相關(guān)變電站的狀態(tài)調(diào)整，可以形成柔性直流輸電系統(tǒng)的5種運(yùn)行方式：運(yùn)行方式1：柔性直流系統(tǒng)獨(dú)立帶風(fēng)機(jī)負(fù)荷運(yùn)行。南匯風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)南風(fēng)換流站、南柔線以及書(shū)柔換流站接入大治站，治風(fēng)3992線備用，為今后的風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行提供技術(shù)支撐和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行方式2:交直流并列運(yùn)行。南柔線和治風(fēng)3992線并列運(yùn)行，為以后的交直流電網(wǎng)并列運(yùn)行提供技術(shù)支撐和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行方式3:兩站STATCOM運(yùn)行。治風(fēng)3992線運(yùn)行，南柔線備用，但是兩端換流站均參與交流系統(tǒng)電壓/無(wú)功調(diào)節(jié)，此時(shí)南風(fēng)站和書(shū)柔站以SRATCOM方式運(yùn)行，為今后的電網(wǎng)無(wú)功控制提供技術(shù)支撐和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行方式4:柔性直流單送負(fù)荷。南匯風(fēng)電場(chǎng)和南治3995線退出運(yùn)行，電能流向?yàn)榇笾握疽欢文妇€柔性直流系統(tǒng)南匯風(fēng)電場(chǎng)35KVI母——南匯風(fēng)電場(chǎng)35KVII母——治風(fēng)3992線——大治站二段母線，柔性直流輸電線路直接對(duì)負(fù)荷供電，為以后的孤島電網(wǎng)供電提供技術(shù)支撐和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行方式5:交流線路獨(dú)立運(yùn)行。南匯風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)治風(fēng)3992接入大治站35KVII母，柔性直流輸電線路備用。此為柔性直流輸電系統(tǒng)檢修或故障停運(yùn)時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行方式。

丙風(fēng)換說(shuō)我W35詡E舟口「丙風(fēng)換說(shuō)我W35詡E舟口「口抄沖口每枷風(fēng)電閔TIiokvi圏II釗甌按泄姑同皋境樓兀乃秦2、功率輸送范圍柔性直流可以獨(dú)立地控制有功和無(wú)功的流向，本示范工程的有功調(diào)節(jié)范圍為:-18~+18MW,無(wú)功調(diào)節(jié)范圍為-13~+9Mvar，有功和無(wú)功可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，有功功率輸出極限值為：18MW,,此時(shí)輸出無(wú)功的范圍為2Mvar，當(dāng)有功輸出在12MW之間時(shí)，無(wú)功輸出為-13Mvar~+9Mvar之間。在有功絕對(duì)值在12~18MW之間時(shí)，，無(wú)功輸出極限值按照斜率遞減。3、柔性直流換流站的一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)柔性直流換流站的一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。交流系統(tǒng)通過(guò)主開(kāi)關(guān)連接至換流變，將交流側(cè)電壓變換為換流閥輸入所需要的電壓，然后通過(guò)啟動(dòng)電阻、橋臂電抗器連接至換流閥，實(shí)現(xiàn)交/直流的變換，然后通過(guò)直流線路連接至對(duì)側(cè)換流站，直流側(cè)的電壓為3OKV?！浚?幵映i幅E】：,幵映\2^MVA,1SN[W\2^MVA,1SN[W.1-.心:勻閥鍥注站前-戰(zhàn)扇覽結(jié)構(gòu)示意閒柔性直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)相比，存在較大的差異，其中一個(gè)明顯的特點(diǎn)是柔性直流輸電系統(tǒng)沒(méi)有交流濾波器這一環(huán)節(jié),其占地面積大大減小，換流站結(jié)構(gòu)也相對(duì)單，便于進(jìn)行運(yùn)行管理和維護(hù)此外，啟動(dòng)電阻，橋臂電抗器電壓源型換流閥都是柔性直流輸電系統(tǒng)所特有的。3.1換流閥3?1?1換流閥結(jié)構(gòu)換流閥是換流站的核心設(shè)備。本工程采用了基于模塊化多電平技術(shù)的電壓源型換流閥，其核心元件為大功率的IGBT元件。子模塊是組成換流閥的基本元件。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，每個(gè)子模塊由IGBT元件子模塊控制器、保護(hù)晶閘管、旁路開(kāi)關(guān)、電容、取能模塊水冷管道等組成。IGBT為其中核心元件，每個(gè)子模塊有2個(gè)IGBT元件，子模塊控制器用于給子模塊觸發(fā)信號(hào)，電容為儲(chǔ)能元件，保護(hù)晶閘管用于子模塊的過(guò)電流保護(hù)，快速旁路開(kāi)關(guān)用于子模塊故障時(shí)，將子模塊旁路，不會(huì)因子模塊故障影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。柔性直流換流閥的閥塔的結(jié)構(gòu)如圖4所示。每個(gè)閥塔由2個(gè)半塔交叉接線組成每個(gè)半塔有4層，每層包括7個(gè)子模塊，即每個(gè)閥塔由56個(gè)子模塊串聯(lián)而成，其中48個(gè)子模塊為運(yùn)行模塊，其余8個(gè)模塊為冗余模塊站內(nèi)共有6個(gè)閥塔，分別對(duì)應(yīng)ABC三相的上下橋臂。:?1-1單牛閥怖活甸3?1?2換流閥的工作原理?yè)Q流閥的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。圖中每相的上、下半橋臂均由48個(gè)子模塊及一個(gè)電抗器串聯(lián)而成。在充電完成后，子模塊間的電壓不平衡低于10%,每個(gè)工頻周波內(nèi)，上下橋臂總共開(kāi)通48個(gè)子模塊，以維持直流電壓U恒定。此外，只要有規(guī)律地觸發(fā)各相上下半橋臂中的子模塊，調(diào)整上下橋臂開(kāi)通的子模塊個(gè)數(shù)，就可以對(duì)交流Uab、Ubc、Uca輸出電壓進(jìn)行獨(dú)立地調(diào)節(jié)和控制。圖6為一個(gè)11電平模塊化多電平換流器波形生成示意圖，在49電平的情況下，交流側(cè)輸出電壓諧波進(jìn)一步減小。

|￥|5用塊化號(hào)電平撫就器|￥|5用塊化號(hào)電平撫就器L電簾打討?卜三相示恿閉子哋3?2啟動(dòng)電阻采用MCC結(jié)構(gòu)的換流閥，在系統(tǒng)啟動(dòng)之前，各子模塊電壓為零，換流閥中IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)，并且IGBT缺少觸發(fā)所需能量不能開(kāi)通。并且，在MMC啟動(dòng)之初，只能通過(guò)各子模塊IGBT上的反并聯(lián)二極管對(duì)子模塊電容充電。MMC電容充電電路如圖7所示。515亠土SOlSLEFL515亠土SOlSLEFL在MCC起動(dòng)時(shí)，合閘瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的電流沖擊。當(dāng)電容電壓為零時(shí)，初始的合閘沖擊電流最大，同時(shí)當(dāng)AB線電壓達(dá)到峰值時(shí)合閘，沖擊電流是最大的，可以認(rèn)為接近于換流閥出口三相短路電流。在柔性直流輸電系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程中，需要加裝一個(gè)緩沖電路。通?？紤]在主回路上并聯(lián)一個(gè)啟動(dòng)電阻，這個(gè)電阻可以降低電容的充電電流，減小柔性直流系統(tǒng)上電時(shí)對(duì)交流系統(tǒng)造成的擾動(dòng)和對(duì)換流閥上二極管的應(yīng)力。具體的電路示意如圖8所示。R當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，閘刀K分開(kāi)，啟動(dòng)電阻串入直流系統(tǒng)主回路對(duì)換流閥充電，經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間后（目前設(shè)置為90s），閥充電完成，此時(shí)再合上閘刀K，此時(shí)電阻就被旁路掉了，直流充電過(guò)程結(jié)束。3.3橋臂電抗器閥電抗器是柔性直流換流站的一個(gè)關(guān)鍵部分，它是電壓源變流器與交流系統(tǒng)之間傳輸功率的紐帶，具有如下功能：決定了變流器的功率輸送能力。電抗器兩側(cè)的電壓幅值差決定了系統(tǒng)無(wú)功功率的輸出，電抗器兩側(cè)的電壓相位差決定了系統(tǒng)有功功率的輸出。(2)橋臂電抗器能抑制變流器輸出的電流和電壓中的開(kāi)關(guān)頻率諧波量，以獲得期望的基波電流和基波電壓(3)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)或短路時(shí)，可以抑制電流上升率和限制短路電流的峰值。柔性直流輸電工程中，電抗器可以使用常用的規(guī)格設(shè)計(jì)，沒(méi)有特殊要求。但為了減少傳送到系統(tǒng)側(cè)的諧波，其雜散電容越小越好。示范工程中，采用干式空芯電抗器，并放置于室內(nèi)。4、 柔性直流調(diào)試結(jié)果概述在柔性直流輸電系統(tǒng)建設(shè)完成后，進(jìn)行了單站及兩站的啟動(dòng)和調(diào)試試驗(yàn)。調(diào)試內(nèi)容包括：性直流輸電系統(tǒng)的啟動(dòng)試驗(yàn)；柔性直流輸電系統(tǒng)在STATCOM及HVDC模式下的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能試驗(yàn)；各種運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換試驗(yàn)。目前，已經(jīng)取得的調(diào)試成果如下:(1)實(shí)現(xiàn)了柔性直流換流站單站STATCOM模式運(yùn)行以及兩站HVDC模式的順利啟動(dòng)和運(yùn)行;(2)完成了2種運(yùn)行模式下，采用不同功率控制方式時(shí)柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能試驗(yàn)，從調(diào)試結(jié)果上來(lái)看，柔性直流輸電系統(tǒng)能輸出高質(zhì)量的交流電壓和交流電流，各種控制方式也實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo);3()實(shí)現(xiàn)了柔性直流各種運(yùn)行方式的運(yùn)行和方式轉(zhuǎn)換。5、 研究完善的方向作為一種新型的輸電技術(shù)，柔性直流輸電系統(tǒng)還很不成熟，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究完善。(1)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面改進(jìn)啟動(dòng)和方式調(diào)整流程，以自動(dòng)流程代替手動(dòng)操作流程，使柔性直流輸電系統(tǒng)啟動(dòng)更加智能化；研究柔性直流輸電系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的接口問(wèn)題，使柔性直流輸電系統(tǒng)具備更廣泛的分布式能源并網(wǎng)能力；研究柔性直流輸電系統(tǒng)獨(dú)立啟動(dòng)的方法，實(shí)現(xiàn)柔性直流直接向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電。在系統(tǒng)調(diào)試方面進(jìn)一步進(jìn)行柔性直流系統(tǒng)交直流故障調(diào)試試驗(yàn)例如交流單(兩相)接地故障直流單極接地故障等，以便明確柔性直流輸電系統(tǒng)的典型故障象征，為事故處理提供經(jīng)驗(yàn)。(3)在換流站的運(yùn)行