2.4 柔直系统运行方式
2.4.1 可实现的运行方式及转换
根据以上章节的论述，乌东德工程输送容量大，可靠性要求高，适宜采用双极接线方式。根据柔性直流阀组接线方案的不同，乌东德工程能够实现的运行方式有所差异。
当柔性直流采用高低阀组接线方案时，乌东德工程至少可以实现以下运行方式的要求：
1）云南—广东—广西三端双极（BP）运行方式（全电压、半电压、一极全电压一极半电压）。
2）云南—广东—广西三端单极金属回线（MR）方式（全电压、半电压）。
3）云南—广东—广西三端单极大地回线（GR）方式（全电压、半电压）。
4）云南—广东两端双极运行方式（全电压、半电压、一极全电压一极半电压）。
5）云南—广东两端单极金属回线方式（全电压、半电压）。
6）云南—广东两端单极大地回线方式（全电压、半电压）。
7）云南—广西两端双极运行方式（全电压、半电压、一极全电压一极半电压）。
8）云南—广西两端单极金属回线方式（全电压、半电压）。
9）云南—广西两端单极大地回线方式（全电压、半电压）。
10）广西—广东两端双极运行方式（全电压、半电压、一极全电压一极半电压）。
11）广西—广东两端单极金属回线方式（全电压、半电压）。
12）广西—广东两端单极大地回线方式（全电压、半电压）。
13）云南双极-广东双极-广西单极运行方式。
14）云南双极-广东单极-广西双极运行方式。
15）云南双极-广东单极-广西单极运行方式。
16）受端柔性直流STATCOM运行方式。
在高低阀组接线方案下，特高压混合三端直流的降电压运行方式与柔性直流的拓扑结构相关。如果柔性直流采取半桥型MMC、二极管阻断型MMC、箝位双子模块型MMC、半电压箝位型MMC和类全桥型MMC拓扑结构，则其降电压运行一般需要变压器分接头调节来配合，且降电压运行范围较小，无法实现80%、70%降电压运行。如果柔性直流采取混合型MMC（全桥80%）、全桥型MMC，则特高压混合三端直流可以具备80%、70%降电压运行方式。
当柔性直流采用单阀组接线方案时，乌东德工程至少可以实现以下运行方式的要求：
1）云南—广东—广西三端双极运行方式（全电压）。
2）云南—广东—广西三端单极金属回线方式（全电压）。
3）云南—广东—广西三端单极大地回线方式（全电压）。
4）云南—广东两端双极运行方式（全电压）。
5）云南—广东两端单极金属回线方式（全电压）。
6）云南—广东两端单极大地回线方式（全电压）。
7）云南—广西两端双极运行方式（全电压）。
8）云南—广西两端单极金属回线方式（全电压）。
9）云南—广西两端单极大地回线方式（全电压）。
10）广东—广西两端双极运行方式（全电压）。
11）广东—广西两端单极金属回线方式（全电压）。
12）广东—广西两端单极大地回线方式（全电压）。
13）云南双极-广东双极-广西单极运行方式。
14）云南双极-广东单极-广西双极运行方式。
15）云南双极-广东单极-广西单极运行方式。
16）受端柔性直流STATCOM运行方式。
在单阀组接线方案下，特高压混合三端直流的降电压运行方式与柔性直流的拓扑结构相关。如果柔性直流采取半桥型MMC、二极管阻断型MMC、箝位双子模块型MMC、半电压箝位型MMC和类全桥型MMC拓扑结构，则特高压混合三端直流无法实现80%、70%、50%降电压运行，不具备80%、70%降电压运行方式和半电压运行方式。如果柔性直流采取混合型MMC（全桥80%）、全桥型MMC，则特高压混合三端直流可以具备80%、70%降电压运行方式和相应的半电压运行方式。
以高低阀组为例，图2.22～图2.33所示为典型运行方式的接线图。
图2.22 双极运行方式示意图（全电压）
图2.23 双极运行方式示意图（一极全电压一极半电压）
图2.24 双极运行方式示意图（半电压）
图2.25 单极大地回线运行方式示意图（全电压）
图2.26 单极大地回线运行方式示意图（半电压）
图2.27 单极金属回线运行方式示意图（全电压）
图2.28 单极金属回线运行方式示意图（半电压）
图2.29 双/单极混合1（云南/广西双极-广东单极，全电压）
图2.30 双/单极混合2（云南/广东双极-广西单极，全电压）
图2.31 双/单极混合3（云南双极-广西/广东单极，全电压）
图2.32 广东广西互送（全电压）
图2.33 STATCOM运行模式
2.4.2 柔性直流拓扑和阀组接线对运行方式的影响
受端广东侧和广西侧换流站采取单阀组方案时，直流系统的阀组投退仅涉及送端换流站。当送端换流站单阀组投退时，受端柔性直流换流站可以采取50%降电压运行来配合送端运行方式的改变。但是，柔性直流的降电压运行能力与换流阀拓扑结构密切相关，不同拓扑结构的直流电压运行范围是不同的。
如本章所述，如果柔性直流采取半桥型MMC、二极管阻断型MMC、箝位双子模块型MMC、半电压箝位型MMC和类全桥型MMC拓扑结构，则这几种拓扑结构无法实现50%降电压运行，以及无法配合送端换流站实现半电压运行。如果柔性直流采取混合型MMC（全桥80%）、全桥型MMC，则柔性直流可以配合送端换流站实现阀组在线投退功能。
受端广东侧和广西侧换流站采取高低阀组方案时，送、受端换流站在接线形式上相互匹配，三端直流系统可以实现阀组的投退功能，且受端柔性直流换流站不需要50%降电压运行。但是，阀组投入和退出的实现过程与换流阀拓扑结构密切相关，不同拓扑结构所采取的方法是不同的。
如果柔性直流采取半桥型MMC、二极管阻断型MMC、箝位双子模块型MMC、半电压箝位型MMC和类全桥型MMC拓扑结构，则换流阀无法实现“零直流电压”运行工况。当柔性直流的某一个阀组需要投入时，该极的另一个阀组需要停运，然后两个阀组再同步启动；当柔性直流的某一个阀组需要退出时，该阀组需要闭锁，然后跳开交流断路器，合闸旁路开关，这会造成所在极功率的短时中断。
如果柔性直流采取混合型MMC（全桥80%）、全桥型MMC，则换流阀能够实现“零直流电压”运行工况。此时柔性直流可以实现阀组在线投退功能。
2.4.3 第三端在线投入与退出方法
参考现有多端直流输电工程的运行经验，第三端在线投入与退出基本有两种处理方法。
第一种方法是直流侧通过普通隔离开关将换流站隔离出多端系统。该方法的特点是换流站的退出和投入需要较长的时间，多端系统在换流站投入或退出过程中需要中断直流功率。以南澳多端柔性直流输电工程为例，其示意图如图2.34所示。当三端换流站的某一个换流站因为故障或者检修需要退出运行时，首先需要停运三端直流系统，然后将需要退出的换流站直流侧隔离开关打开，将三端系统的运行方式切换为两端系统，最后重启剩余系统；当三端换流站的某一个换流站因为检修完成需要并入运行时，首先需要停运已经运行的两端直流系统，然后将检修完成的换流站直流侧隔离开关闭合，将两端系统的运行方式切换为三端系统，最后重启三端系统。
图2.34 南澳多端直流输电工程接线示意图
对于乌东德工程而言，以广西站极1故障为例，如采用传统隔离开关，则广西站极1的退出策略如下：三端系统极1闭锁、退出广西侧换流站极1，云南—广东两端极1恢复运行，极2健全极保持运行。广西站极1的投入策略如下：三端系统极1闭锁、投入广西侧换流站极1，三端极1恢复运行，极2健全极保持运行。
第二种方法是直流侧通过直流高速并联开关实现换流站的投入与退出。该方法的特点是换流站的投入与退出时间快，并且在换流站投入或退出过程中对剩余直流系统的功率输送影响较小，不会导致剩余直流系统功率中断。高速并联开关是一种改进的交流断路器，不能开断直流电流，需要在零电流条件下操作。
以印度NEA800多端直流工程为例，其示意图如图2.35所示。当多端换流站的某一个换流站因为故障或者检修需要退出运行时，首先闭锁需要退出的换流站，然后断开该换流站直流高速并联开关（HSS）即可；当某一个换流站因为检修完成需要并入运行时，首先将该换流站的直流电压启动上升至与直流线路电压接近，然后闭合直流高速并联开关（HSS）。
对于乌东德工程而言，以广西侧换流站极1需要投入为例，如采用直流高速并联开关，则广西侧极1的退出策略如下：广西侧极1闭锁、断开广西侧极1直流侧的HSS，直流系统切换为云南—广东两端运行，广西侧极1退出期间云南—广东两端极1保持运行，极2健全极保持运行。广西侧极1的投入策略如下：启动广西侧极1，当广西侧极1的直流电压与直流线路电压接近时，闭合广西侧极1直流侧的HSS，直流系统恢复为三端运行，广西侧极1投入期间云南—广东两端极1保持运行，极2健全极保持运行。
乌东德工程为多端直流输电系统，为了满足故障隔离、运行方式切换的需求，考虑在广西侧换流站内装设直流汇流母线，同时在受端广东侧、广西侧配合相应的直流高速并联开关，以实现换流站的在线投入与退出。
图2.35 印度NEA800直流输电工程接线示意图（照片为高速并联开关实物图）
2.4.4 功率反送方法
在现有接线方式下，特高压混合多端直流输电系统的功率反送能力与柔性直流换流阀的拓扑结构密切相关。
1）如果柔性直流采取半桥型MMC、二极管阻断型MMC、箝位双子模块型MMC、半电压箝位型MMC和类全桥型MMC拓扑结构。由于柔性直流换流阀不具备电压极性反转的能力，功率反送时需要在送端或者受端直流极母线上安装倒接线开关，将送、受端换流阀的极性匹配起来，如图2.36所示。
图2.36 功率反送方法（在云南侧增设倒接开关）
2）如果柔性直流采取混合型MMC（全桥80%）拓扑结构。此时柔性直流换流阀具备一定电压极性反转的能力，功率反送时可以有两种方法。一种是在送端或者受端直流极母线上安装倒接线开关，将送、受端换流阀的极性匹配起来，这样可以实现全电压功率反送，接线示意图如图2.36所示；另一种是利用换流器本身具备的电压极性反转能力，将送、受端换流阀的极性匹配起来，接线示意图如图2.37所示，根据计算，此时三端系统在理论上能够实现的反极性电压幅值为0.5 p.u.～0.6 p.u.。
图2.37 混合型MMC功率反送方法（利用换流器本身的电压极性反转能力）
3）如果柔性直流采取全桥MMC拓扑结构。此时柔性直流换流阀具备全电压极性反转的能力，功率反送时利用换流器本身具备的电压极性反转能力，即可将送、受端换流阀的极性匹配起来，接线示意图如图2.38所示。
图2.38 全桥型MMC功率反送方法（利用换流器本身的电压极性反转能力）
2.4.5 结论
特高压混合多端直流系统具备的运行方式与柔性直流阀组接线和拓扑结构相关。根据特高压混合多端直流阀组接线和拓扑结构研究，柔性直流换流站采用高低阀组串联方案、拓扑结构采取全桥和半桥混合结构（全桥模块比例暂按80%设计），能够满足直流线路故障自清除的要求，运行方式也更加灵活、系统能量可用率更高。在上述阀组接线、拓扑结构条件下，柔直工程具备多种运行方式能力。
在不增加工程设备投资的前提下，不建议采用全电压功率反送运行方式，可以考虑具备50%降电压功率反送运行方式。