GB/T 37015.2-2018 柔性直流输电系统性能 第2部分：暂态

　　ICS 29 . 240 . 0 1 F 2 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 37015. 2—2018

　　柔性直流输电系统性能

　　第 2 部分：暂态

　　performanceofhigh-voltagedirectcurrentpowertransmissionsystem using

　　voltagesourcedconverters(VSC-HVDC)—part2：Transient-state

　　2018-12-28 发布 2019-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　前 言

　　GB/T 37015《柔性直流输电系统性能》分为 2 个部分：

　　— 第 1 部分：稳态;

　　— 第 2 部分：暂态。

　　本部分为 GB/T 37015 的第 2 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本部分由中国电力企业联合会提出。

　　本部分由全国高压直流输电工程标准化技术委员会(SAC/TC 324)归口 。

　　本部分负责起草单位：中国电力科学研究院有限公司。

　　本部分参加起草单位：国家电网有限公司、全球能源互联网研究院有限公司、国网经济技术研究院有限公司、许继集团有限公司、南瑞集团有限公司、北京四方继保自动化股份有限公司。

　　本部分主要起草人：卜广全、孙栩、郭强、孙华东、郭贤珊、杜晓磊、班连庚、王华伟、王明新、朱艺颖、吴亚楠、孔明、许韦华、蒲莹、熊凌飞、郝俊芳、张群、孔令凯、张军、卢宇、刘斌、雷霄、林少伯、王亮、吴娅妮、庞广恒、董鹏。

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　柔性直流输电系统性能

　　第 2 部分：暂态

　　1 范围

　　GB/T 37015 的本部分规定了电力系统安全稳定角度下的柔性直流输电系统暂态性能的技术要求，包括正常操作暂态过程、故障扰动暂态过程、通信要求和辅助系统四个方面的要求。

　　本部分适用于基于半桥型模块化多电平换流器构成的两端、多端和背靠背等柔性直流输电系统。本部分对于基于全桥型模块化多电平换流器构成的柔性直流输电系统和基于电流源换流器的直流输电系统可参考使用。

　　本部分可用于指导柔性直流输电系统的规划、设计、建设及运行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 311 . 3 绝缘配合 第 3 部分：高压直流换流站绝缘配合程序

　　GB/T 13498—2017 高压直流输电术语

　　GB/Z 20996 . 2 高压直流系统的性能 第 2 部分：故障和操作

　　DL/T 1193—2012 柔性输电术语

　　DL/T 1526—2016 柔性直流输电工程系统试验规程

　　3 术语和定义

　　GB/T 13498—2017、GB/T 30553—2014、GB/T 34118—2017、DL/T 1193—2012 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　柔性直流输电系统 high-voltagedirectcurrentpowertransmission system using voltagesourced converters;Vsc-HVDc

　　电压源换流器型高压直流输电系统

　　采用电压源换流器的高压直流输电系统。

　　3.2

　　电压源换流器 voltagesourceconverter;Vsc

　　由具有关断能力的器件，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成的换流器。

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　　3.3

　　模块化多电平换流器 modularmulti-levelconvertor;MMC

　　每个电压源换流阀由一定数量的独立单相电压源换流器串联组成的多电平换流器。

　　3.4

　　多端直流输电系统 multi-terminalHVDCtransmissionsystem;MTDC

　　由多于两个独立的直流换流站和互联的直流线路组成的直流输电系统。

　　3.5

　　金属回线 metallicreturnline

　　单极或双极高压直流系统为了避免直流电流流经大地而专门采用的地电位电流返回导线;或双极高压直流系统单极运行时，由其一条极线构成的地电位电流返回通路。

　　3.6

　　直流断路器 dcbreaker

　　具备在极短时间内切断直流故障电流能力，并隔离故障换流器或直流线路的开关设备。

　　3.7

　　直流转换开关 dctransferswitch

　　切断直流运行电流，转换运行方式的开关设备。

　　4 总则

　　如果柔性直流输电系统近区装有串补装置，应进行阻抗特性扫描，以判断是否存在系统谐振。

　　柔性直流输电系统与相联风电、光伏场(站)设备耐压水平应保持匹配。

　　如果孤岛运行方式下，同步电源容量较小，锁相较为困难，必要时可以考虑切除交流电源及相应负荷措施。

　　5 柔性直流的拓扑结构及接地方式

　　5 . 1 柔性直流拓扑结构与主接线

　　柔性直流换流站主要包含对称单极与对称双极两种结构，对称单极在正负极之间只存在一个换流器，而对称双极在正负极之间存在两个换流器，且均可以独立运行。

　　柔性直流既可以构成端对端直流输电系统，也可以构成多端直流输电系统。 柔性直流输电系统半桥型模块化多电平换流器拓扑结构及典型主接线参见附录 A。

　　5 . 2 柔性直流的接地方式

　　对称单极柔性直流输电系统可利用交流侧换流变副边中性点高阻接地或配置专门的接地电抗器来构成直流接地。 对称双极柔性直流输电系统可在两个换流器中点设置直流接地。 对于使用金属回线的柔性直流输电系统，运行时只能一点接地。

　　6 正常操作暂态过程

　　6 . 1 直流起停

　　6 . 1 . 1 系统起动

　　换流器充电首先进行不控整流预充电，同时需要投入启动电阻，不控整流直流电压建立时间与桥臂

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　电流冲击值需满足设备承受要求。 随后退出启动电阻、换流器解锁，并将直流电压通过控制升至额定值 。需防止电流冲击，直流过电压，以及换流变压器充电的励磁涌流问题。

　　新能源孤岛汇集系统应使用直流他充的充电方式，其他情况推荐交流自充的方式。

　　6 . 1 . 2 系统停运

　　控制直流电压的换流器最后停运。 停运过程中换流器功率回降、闭锁、交流断流器断开等操作的时序应协调。

　　6 . 2 甩负荷

　　柔性直流输电系统交流断路器意外跳闸、换流器意外闭锁等原因造成直流甩负荷情况下，应注意校核直流侧长期过电压水平是否满足要求。

　　6 . 3 紧急控制响应

　　柔性直流接受系统有功功率、无功功率、交流电压、频率等安控装置紧急控制信号情况下，既要兼顾柔性直流快速响应的实际具备能力，又要考虑交流系统的实际承受能力，应满足系统安全稳定与设备耐受能力的要求。

　　7 故障扰动暂态过程

　　7 . 1 故障类型

　　本标准依据 DL/T 1526—2016,规范了柔性直流输电系统在各种故障下的暂态过程。 具体故障种类及对应的保护配置参见附录 B。

　　主要故障类型如下：

　　a) 交流系统故障;

　　b) 换流站内故障;

　　c) 直流线路故障;

　　d) 金属回线线路故障;

　　e) 接地极线路故障。

　　7 . 2 交流系统故障

　　7 . 2 . 1 故障期间控制要求

　　柔性直流输电系统应采取适当的故障穿越控制措施。 柔性直流换流阀应具备一定的过流能力，必要时可采取暂时性闭锁措施。 除新能源孤岛汇集系统和弱交流系统外，柔性直流输电系统应在交流电压正序分量小于 0 . 85 p.u.或零序分量大于 0 . 05 p.u.时才允许进入故障穿越控制。

　　对于交流系统不对称故障，柔性直流输电系统宜采用不平衡控制，应以抑制负序电流为目标。

　　7 . 2 . 2 故障恢复

　　柔性直流输电系统的功率恢复应满足系统稳定要求，并根据交流系统强弱及多种运行工况综合考虑。

　　7 . 3 换流站内故障

　　换流站内故障应校核交流连接线区、换流器保护区、直流极保护区、中性母线保护区等故障。 高压

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　直流断路器本体可以通过检测内部各支路上的 CT 并配置过流保护作为 自身的主保护，另外应配置足够的避雷器来吸收断路器动作及重合闸产生的能耗。

　　7 . 4 线路故障

　　7 . 4 . 1 线路故障类型

　　线路故障主要包括高压直流线路、金属回线线路、接地极线路等故障。 高压直流线路分为架空线路和电缆，造成架空线路故障的原因见 GB 50790 和 DL/T 436,电缆故障类型见 GB 50217 。

　　7 . 4 . 2 直流线路限流要求

　　柔性直流输电系统应配置限流电抗以限制直流故障电流的快速上升，其电抗值的选取应综合考虑控制系统响应性能指标要求与限制故障电流的需要。

　　7 . 4 . 3 故障保护配置要求

　　直流线路接地故障的保护配置可考虑行波保护、dv/dt突变量保护和直流低电压保护。

　　7 . 5 绝缘配合

　　7 . 5 . 1 绝缘配合基本要求

　　柔性直流输电系统雷电及陡波冲击、保护裕度、绝缘间距、绝缘爬距等方面的技术要求与电流源换流器的直流输电系统相似，可以见 GB/Z 20996 . 2 和 GB/T 311 . 3 。

　　本标准仅考虑了采用无间隙金属氧化物避雷器用于柔性直流换流站过电压保护的情况，其避雷器配置方案见 GB/T 22389—2008 。柔性直流典型避雷器配置方案及命名参见图 B. 1 。

　　对称单极柔性直流输电系统的操作过电压水平应不大于 2 . 5 p.u. ,对称单极柔性直流输电系统的操作过电压水平应不大于 2 . 0 p.u.。

　　7 . 5 . 2 交流母线避雷器(A1 和 A2)

　　柔性直流换流站交流侧通常由布置在换流变压器原边处的避雷器(A1) 以及布置在副边的避雷器(A2)所保护。 这些避雷器根据交流电网接地以及雷电、操作和暂时过电压水平等进行设计。 因换流变压器存在饱和，特别是在清除故障时，有可能出现持续时间较长、幅值较高的过电压，需要配置吸收较高泄放能量的避雷器。

　　7 . 5 . 3 直流母线及直流线路避雷器(DB、CBH和 DL)

　　决定直流母线及直流线路避雷器的配置要考虑最大运行电压以及雷电、操作过电压水平。 直流母线避雷器 DB决定了直流极设备的绝缘水平。 在含有电缆的柔性直流输电系统中，直流线路避雷器 DL的保护水平可以根据电缆的耐压特性来选择。 当直流线路同时包括架空线路部分和电缆部分时，在电缆和架空线路的连接点应考虑采用避雷器，以防由于行波反射在电缆上出现很高的过电压水平。 如柔性直流输电系统配置直流断路器来清除直流故障电流，在直流断路器两端会产生很大过电压水平，因此还需要单独配置 CBH 避雷器来保护阀顶区域。

　　7 . 5 . 4 中性母线避雷器(E1 、E2 、CBN1 和 CBN2)

　　中性母线避雷器用来防止进入中性母线的雷电过电压冲击以及吸收下列故障期间释放的大量能量：

　　— 直流极接地故障;

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　— 换流阀和换流变压器阀侧区域接地故障;

　　— 单极运行时，返回路径开路。

　　中性母线避雷器的能量要求主要取决于故障类型、运行方式以及直流系统结构。

　　7 . 5 . 5 换流电抗器避雷器(LV)

　　换流电抗避雷器主要保护换流电抗器在换流阀及换流变压器在接地故障下所承受的过电压水平，防止暂态电流从交流侧流进阀厅，损坏换流阀。

　　7 . 5 . 6 金属回线避雷器(EM)

　　无论使用故障极的直流线路构成金属回线运行方式，还是配置专用的金属回流线，都需要配置金属回线避雷器。 此避雷器在操作过电压与雷电过电压下的能耗比 E1 和 E2 要高，需要采用多柱并联方式构成。

　　8 通信要求

　　无论有无通信，柔性直流输电系统都应保证安全可靠运行。 通信在柔性直流输电系统运行中的主要作用是控制、保护、监视、操作等，以及换流站间的运行配合，通信系统的时延应满足实时控制保护的要求。

　　故障后站内设备保护的正常动作、以及系统在规定恢复时间内的正常再起动，都不应仅依赖于通信系统的配置，但配置通信应对故障后系统恢复有利。

　　通信系统应采用不受电力系统故障影响的、安全的传输路径。 另外用于控制和保护的通信通道宜以极为基础，且实现多重化。

　　直流断路器应配置高速保护通信装置。

　　柔性直流输电系统接入弱交流孤网或新能源孤岛汇集系统情况下，必要时可以考虑柔性直流输电系统与电源间进行控制级别的通信配置。

　　9 辅助系统

　　MMC 的换流阀损耗较高，阀冷系统应能保证柔性直流在各种工况下安全稳定运行。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　柔性直流输电系统拓扑结构及典型主接线

　　A.1 模块化多电平换流器

　　A.1 . 1 模块化多电平换流器拓扑结构

　　模块化多电平换流器拓扑结构见图 A. 1 。

　　图 A.1 模块化多电平换流器拓扑结构

　　A.1 . 2 主要组件

　　A.1 . 2 . 1 可关断电力电子器件

　　可控制开通和关断的电力电子器件。

　　A.1 . 2 . 2 子模块电容器

　　作为模块化多电平换流器子模块的一部分而使用的电容器，作为直流储能电源使用。

　　A.1 . 2 . 3 子模块

　　交直流转换过程中一定控制方式不断切入/切出的基本功率单元，它由可关断电力电子器件和直流储能电容器组成。

　　A.1 . 2 . 4 阀电抗器

　　和 VSC 阀串联连接的电抗器。

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　　A.2 柔性直流输电系统直流侧典型主接线

　　A.2 . 1 单极对称系统

　　单极对称系统直流侧典型主接线方式见图 A. 2 。

　　图 A.2 单极对称系统直流侧典型主接线方式

　　A.2 . 2 双极对称系统

　　双极对称系统直流侧典型主接线方式见图 A. 3 。

　　图 A.3 双极对称系统直流侧典型至接线方式

　　A.2 . 3 单极非对称系统

　　单极非对称系统直流侧典型主接线方式见图 A. 4 。

　　a)单极非对称金属回线系统直流侧典型主接线方式

　　b)单极非对称大地回线系统直流侧典型主接线方式图 A.4 单极非对称系统直流侧典型主接线方式

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　　A.2 . 4 多端直流输电系统

　　多端直流输电系统典型主接线方式见图 A. 5 。

　　图 A.5 多端直流输电系统典型主接线方式

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　柔性直流交直流典型故障种类、保护方案及避雷器配置

　　B.1 柔性直流交直流典型故障种类

　　柔性直流交直流典型故障种类见表 B. 1,故障位置见图 B. 1 。

　　表 B.1 柔性直流交直流典型故障类型

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　　表 B.1(续)

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　GB/T 37015 . 2—2018

　　B.2 柔性直流保护配置方案

　　柔性直流保护配置方案见表 B. 2 。

　　表 B.2 柔性直流保护配置方案列表