祿高肇三端直流工程是2020年中國南方電網公司國內首個將常規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個換流站，其中云南±500kV祿勸換流站為新建換流站，貴州±500kV高坡換流站、廣東±500kV肇慶換流站為2004年投產的原高肇直流工程進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可根據西部水電、火電情況，選擇合適的送電模式，為解決云南棄水問題、實現云貴兩省水火電資源優化配置提供了有效途徑。

相對于常規兩端直流工程，祿高肇三端直流工程可以兩端輸電，也可以三端輸電，且可在系統不停機的情況下實現兩端或三端運行方式的轉換。在祿高肇直流工程投產前，我國對常規三端直流工程的運行特性完全沒有經驗，因此有必要結合功能性能試驗（functional performance test, FPT）及現場調試，針對三端直流工程第三站在線投入試驗現象，分析第三站投入過程中的控制策略和經歷的暫態過程，進而對祿高肇三端直流工程第三站投入特性作出評估。

1 祿高肇直流工程的運行方式

祿高肇三端直流系統拓撲如圖1所示，祿高肇直流系統采用三端并聯結構，包含祿勸站、高坡站和肇慶站三個換流站，其中高坡站為匯流站。

由于高坡站既可以作為整流站運行，又可以作為逆變站運行，所以祿高肇直流工程三端運行時可以分為：①祿勸、高坡（整流）送肇慶（逆變），簡稱二送一模式；②祿勸（整流）送高坡、肇慶（逆變），簡稱一送二模式。其中，二送一模式時，由于祿勸站和高坡站均作為整流站運行，可以進行在線投退，肇慶站作為唯一的逆變站，不能進行在線投退；一送二模式時，由于高坡站和肇慶站均作為逆變站運行，可以在線投退，祿勸站作為唯一的整流站，不能進行在線投退。

圖1 祿高肇三端直流系統拓撲

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

2 祿高肇直流工程的第三站在線投入操作

第三站在線投入過程是三端直流輸電系統由兩端解鎖運行轉換到三端解鎖運行狀態的過程。第三站投入操作是三端直流輸電系統相對兩端直流系統特有的操作，而對于祿高肇三端直流系統，第三站投入既是常用的基本操作，也是從兩端運行到三端運行靈活轉換的方式。然而，祿高肇±500kV直流輸電工程的第三站投入過程，在南方電網常規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，由于只有一個整流站和一個逆變站，兩站解鎖操作和閉鎖操作同時進行。祿高肇±500kV直流輸電工程第三站投入過程是在兩站解鎖運行時，需投入站先由運行人員操作至閉鎖狀態，再發出極投入命令，極控執行合并聯高速開關（high speed switch, HSS）兩側隔離開關順序控制命令，并將該命令傳輸至高坡站直流站控執行。

待極控收到HSS兩側隔離開關在合位后，運行中的兩站啟動移相，待直流電壓低于0.6p.u.，合投入站對應并聯HSS，之后第三站解鎖同時另外兩站取消移相。若投入站對應并聯HSS合位失敗，則分并聯HSS及其兩側隔離開關，極退出。第三站在線投入邏輯如圖2所示。

圖2 第三站在線投入邏輯

3 祿高肇直流工程的第三站在線投入過程分析

祿高肇直流工程第三站在并聯HSS合位前，極控系統按照順序控制合HSS兩側隔離開關，運行站移相，然后合HSS，并無差異。但并聯HSS合上后對于二送一模式下祿勸站或高坡站在線投入和一送二模式下高坡站或肇慶站在線投入兩種工況，三站解鎖順序存在差異。下面對二送一模式和一送二模式下第三站投入過程進行分析。

3.1 二送一模式下第三站投入過程

二送一模式時，祿勸站和高坡站都為整流模式且都控電流，故兩站的在線投入邏輯完全一致。二送一模式下，第三站在線投入的實現過程是：待投入站（祿勸站或高坡站）相應極順序控制操作至閉鎖狀態，待運行人員下發換流站在線投入命令時，待投運站極控發順序控制命令至高坡站直流場接口屏，將對應的并聯HSS兩側的隔離開關合上后。

另外兩站強制移相，整流站先將觸發延遲角設置為120°，持續時間60ms，后將觸發延遲角設置為160°，直流電壓UdL低于0.6p.u.（300kV）時，待投運站極控發順序控制命令至高坡站直流場接口屏合并聯HSS，待并聯HSS合上后，另外兩站取消移相信號，功率恢復正常，投入站延時釋放脈沖，將觸發延遲角由160°設置為正常運行角度。

圖3為二送一模式下，高坡站（整流）在線投入錄波。圖3中波形由上至下依次為祿勸站Yy型換流變閥側繞組三相電流、高坡站Yy型換流變閥側繞組三相電流、肇慶站Yy型換流變閥側繞組三相電流、三站觸發延遲角、祿勸站觸發脈沖釋放信號FP-EN、祿勸站強制移相信號FR、高坡站觸發脈沖釋放信號FP-EN、高坡站強制移相信號FR、高坡站側并聯開關位置信號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行，高坡站投入過程中祿勸站和肇慶站進行移相，（約93ms）待高坡站檢測到祿勸站直流場極線電壓UdL低于300kV時合上高坡站側并聯開關HSS，高坡站側并聯開關HSS合上后（約200ms），祿勸站結束強制移相，100ms后高坡站釋放觸發脈沖，高坡站投入成功。由圖3可以看出，第三站投入過程平穩，沒有產生威脅直流輸電設備的過電流，投入站和在運站均沒有直流避雷器動作的記錄，整個第三站投入過程從在運站強制移相開始至結束約300ms，至在運站恢復原電流水平平穩運行約700ms，對交流系統的沖擊在允許范圍內。

圖3 二送一模式下高坡站在線投入錄波

3.2 一送二模式下第三站投入過程

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

圖4為一送二模式下，高坡站（逆變）在線投入錄波。從圖4可以看出，祿勸站（整流）強制移相后，待高坡站（逆變）檢測到祿勸站（整流）直流場極線電壓UdL低于300kV時合上高坡站側并聯開關HSS，高坡站側并聯HSS合上后，祿勸站（整流）和肇慶站（逆變）取消強制移相信號，恢復功率，高坡站釋放脈沖，高坡站完成解鎖，隨即閥側電流產生。

圖5為一送二模式下，肇慶站（逆變）在線投入錄波。從圖5可以看出，在祿勸站（整流）強制移相后，待肇慶站檢測到祿勸站直流場極線電壓UdL低于300kV時合上肇慶站側并聯開關HSS，肇慶站側并聯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后，取消移相信號，恢復功率。約600ms后肇慶站閥側電流產生。

圖4 一送二模式下高坡站在線投入錄波

圖5 一送二模式下肇慶站在線投入錄波

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）投入過程中，在運站在強制移相期間及強制移相后，電流能平滑變化，沒有產生影響直流系統設備的過電流。

4 結論

本文對祿高肇直流工程第三站在線投入過程及FPT波形進行分析。從分析結果看，在第三站投入過程中通過對在運站進行強制移相，順序控制合上投入站并聯HSS的策略，對三端直流系統運行的沖擊較小，能夠可靠實現常規三端直流工程的第三站在線投入。

本文編自2022年第8期《電氣技術》，論文標題為“祿高肇三端直流工程第三站在線投入特性分析”，作者為韓豐收、肖一鵬 等，本課題得到國家重點研發計劃項目的支持。