±800kV云廣直流輸電工程平波電抗器參數(shù)選擇和布置

21ic智能電網(wǎng)：摘要： 為抑制直流輸電系統(tǒng)擾動引起的直流電流上升速度，避免輕載時發(fā)生直流電流斷續(xù)，以及降低直流側諧波，需要在換流器直流側出口裝設平波電抗器。筆者根據(jù)±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)主回路結構，詳細計算了平波電抗器的電感參數(shù);特高壓直流輸電系統(tǒng)由于采用特殊的換流器聯(lián)絡結構，其平波電抗器布置不同于±500 kV超高壓直流輸電系統(tǒng)。文中搭建了基于PSCAD/EMTDC的云廣特高壓直流輸電模型，從諧波特性、直流操作過電壓等方面對3種平波電抗器布置方案進行了仿真對比研究，其結果對實際工程具有一定的指導意義。

0 引言

云南—廣東±800 kV 特高壓直流輸電工程是世界上第1 條±800 kV 直流工程， 其成功投運和穩(wěn)定運行在世界直流輸電史上具有開創(chuàng)性意義。直流輸電主回路參數(shù)設計是直流輸電系統(tǒng)設計的主要部分，關系到整個系統(tǒng)的運行性能和經(jīng)濟技術指標[1-3]。換流器出口處的平波電抗器作為直流輸電工程中重要的一次設備，其主要作用為：降低直流側電流諧波和電壓脈動成分， 避免在低直流功率傳輸時電流的斷續(xù);限制電流突變來降低換相失敗率[4-7]。

平波電抗器的電壓和電流額定值是根據(jù)直流主回路確定的，因此對平波電抗器的參數(shù)選擇，主要考慮其電感取值。從平波電抗器抑制擾動時直流電流上升速度和防止輕載時直流電流斷續(xù)的要求來看，其電感值越大越好，但由于電抗器是一個慣性環(huán)節(jié)，電感的增大會使電流突變時電抗器的過電壓增加，還會導致直流輸電系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)速度下降， 增加電抗器費用。因此在滿足主性能的前提下， 電感值越小越好。平波電抗器電感值的選擇需要綜合考慮多方面因素加以權衡[3]。

與傳統(tǒng)的±500 kV 直流輸電工程不同，±800 kV云廣直流輸電工程采用單極雙12 脈動換流器串聯(lián)(400 kV+400 kV)的運行接線方式[8]。其平波電抗器的布置方案也不同于傳統(tǒng)直流工程的只在極母線上裝設電抗器的方法。目前云廣工程采用的是分別在極母線和中性母線上裝設1 組平波電抗器的布置方案。由于當前特高壓直流輸電缺乏設備制造和實際運行經(jīng)驗，新的電抗器布置方案的優(yōu)點和不足需要通過長時間的運行效果來檢驗。

筆者在云廣特高壓直流工程的主回路結構參數(shù)和實際運行工況的基礎上，詳細計算平波電抗器的電感參數(shù)，并針對3 種不同的平波電抗器布置方案搭建了基于PSCAD/EMTDC 的云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)電磁暫態(tài)模型，通過對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運行特性進行仿真分析，對比關鍵測點的最大持續(xù)運行電壓峰值(以下簡稱PCOV)和在典型操作過程中的暫態(tài)過電壓數(shù)值，揭示平抗的布置方案和系統(tǒng)運行特性的內(nèi)在聯(lián)系，為云廣特高壓直流輸電工程的設計和運行維護提供可以參考的依據(jù)。

1 特高壓直流輸電平波電抗器的電感值選擇

文[9]指出，防止直流電流斷續(xù)這一因素對于平波電抗器電感大小的選擇不起決定作用， 因此，限于篇幅，文中只考慮將抑制擾動時直流電流突變作為選擇平波電抗器電感值的依據(jù)。直流輸電系統(tǒng)發(fā)生擾動時直流電流上升速度過快可能引起逆變側換相失敗。假設逆變側交流電壓不變，在換相開始時刻，逆變器1 個橋發(fā)生故障，導致直流側電壓在持續(xù)時間為Δt 的換相過程中下降ΔUd，并假設定熄弧角控制器調(diào)節(jié)誤差為1°，則滿足不發(fā)生換相失敗條件的直流系統(tǒng)等值電感L1為

式(2)、(3)中：Is為換流器兩相短路的短路電流;γN為逆變器額定熄弧角;IdN是額定直流電流。

根據(jù)±800 kV 云廣特高壓直流輸電工程額定工況和一次設備參數(shù)，已知：整流側額定電壓UdNr為800 kV，IdN為3.125 kA，γN和γmin分別為18°和7°，逆變側換流變壓器短路阻抗uk為18.5%;考慮到云廣直流輸電雙極線路的實際參數(shù)和互感， 有：LL≈195 mH，線路電阻RL=10 Ω。

與平波電抗器的電抗相比，交流系統(tǒng)等值阻抗可忽略不計，因此兩相短路電流Is近似計算為(單位為kA)

代入式(3)，得到βN約為39°， 再代入式(2)， 解得：ΔId=0.659 2 kA。

已知逆變側直流電壓UdNi=UdNr-RlIdN=768.75 kV，故單橋額定直流電壓ΔUd=UdNi/4=192.187 5 kV，將上述結果代入式(1)，解得L1≈503 mH，從而得：Ld≈308 mH。

由于計算過程中忽略了控制系統(tǒng)的影響，再考慮到一定的裕度，實際工程的平波電抗器的電感取300 mH 是完全合理的。

2 3 種不同的云廣特高壓直流工程平波電抗器布置方案

中國已投運的±500 kV 直流輸電工程均采用單極2 個6 脈動換流橋串聯(lián)組成1 個12 脈動換流器的聯(lián)絡結構，且平波電抗器全部裝設在換流器出口處的極母線上。由于特高壓直流輸電工程單極額定直流電壓達到800 kV，為了降低單個換流變和換流閥的絕緣水平和制造成本，同時滿足多種運行形式和操作方式的需要，云廣特高壓直流輸電工程采用單極雙12 脈動串聯(lián)的運行接線方式。由于聯(lián)絡結構的改變，其平波電抗器的布置方案也需要重新考慮，如果采用傳統(tǒng)的平波電抗器方案(以下簡稱方案1)，其聯(lián)絡結構見圖1。

由于特高壓直流輸電電壓等級高， 輸送容量大，其對減小諧波對電氣設備應力的影響[10]和系統(tǒng)的過電壓絕緣配合有更高的要求，因此，需要對傳統(tǒng)的平波電抗器布置方案進行重新評估。目前有2種不同的平波電抗器布置方案被提出，1 種方案為平波電抗器分成相等的2 部分，分別裝設在極母線和中性母線上(以下簡稱方案2)，見圖2。