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特高压直流输电工程的特点与应用浅析一、特高压直流输电工程概念、组成、运行方式1、概念：特高压直流输电工程是一个复杂的自成体系的工程系统，指±800kV （±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。
2、基本组成：特高压直流输电系统由送端换流站、受端换流站、直流输电线路以及两端的接地极和接地极线路组成。
特高压直流输电设备组成：主要包括：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、直流避雷器、交流避雷器、无功补偿设备、控制保护装置和远动通信设备等。
特高压直流线路组成：由两组导线组成，分为正极和负极，每极由六根导线组成，称之为六分裂，以增大输送容量；就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架空—电缆混合线路三种类型。
3、运行方式：主要有双极运行和单极运行两大类，双极运行方式下，两极导线分别带有极性相反的电流，形成完整回路；而单极运行时，线路仅有一极导线携带电流，而极性相反的电流则通过接地极线路和接地极接入大地，形成完整回路。
二、特高压直流输电工程特点1、特高压直流输电的主要特点是：输送容量大、输电距离远、电压高，可用于电力系统非同步联网，主要应用于跨区大容量电力传输，相对于传统的高压直流输电，特高压直流输电的直流侧电压更高、容量更大，因此对换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器和避雷器等设备提出了更高的要求。
2、特高压直流输电工程优点：对于远距离输电，直流输电方案是最为经济的选择；对于异步互联系统，直流输电方案是唯一的选择；能够通过地下或海底电缆进行远距离输电；能够通过给定的输电走廊获得最大功率。
3、特高压直流输电的接线方式：一般采用高可靠性的双极两端中性点接线方式。
4、特高压直流输电的主要技术特点。
与特高压交流输电技术相比，特高压直流输电的主要技术特点为：（1）UHVDC系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心；（2）UHVDC控制方式灵活、快速，可以减少或避免大量过网潮流，按照送、受两端运行方式变化而改变潮流；（3）UHVDC的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电；（4）在交直流混合输电的情况下，利用直流有功功率调制可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，提高交流系统的动态稳定性；（5）当发生直流系统闭锁时，UHVDC两端交流系统将承受很大的功率冲击。
第34卷第6期电网技术V ol. 34 No. 6 2010年6月Power System Technology Jun. 2010 文章编号：1000-3673（2010）06-0093-05 中图分类号：TM 714.3 文献标志码：A 学科代码：470·4034±800kV云广直流换流站无功补偿与配置方案邱伟1，钟杰峰1，伍文城2（1．广东省电力设计研究院，广东省广州市 510663；2．西南电力设计院，四川省成都市 610021）Reactive Power Compensation Scheme and Its Configuration for Converter Station of ±800kV DC Power Transmission Project From Yunnan to GuangdongQIU Wei1, ZHONG Jie-feng1, WU Wen-cheng2(1. Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, Guangdong Province, China;2. Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, Sichuan Province, China)ABSTRACT: The ±800kV DC power transmission project from Yunnan to Guangdong in China is the first practical ±800kV DC power transmission engineering home and abroad. Reactive power compensation scheme and its configuration are important components in the design of UHVDC power transmission system. According to the features of reactive power demand of UHVDC converter station and taking UHV AC power system at the sending and receiving ends of the UHVDC transmission line into account, the reactive power compensation for converter station and its configuration are researched, and the total capacity of reactive power compensators for converter station and the scheme of dividing these compensators into groups are proposed. By means of checking calculation and numerical simulation, the proposed reactive power compensation scheme and its configuration are verified.KEY WORDS: UHVDC; reactive power compensation; configuration of reactive power compensators摘要：±800kV云广直流工程是世界上第一个±800kV级直流输电工程，换流站的无功补偿与配置方案是特高压直流输电系统设计的重要组成部分。
±800kV 特高压直流系统换流器控制摘要：±800kV特高压直流系统采用双12脉动换流器串联的形式，为了进一步保证其运行的稳定性，针对双串联换流器控制原理进行分析，重点研究换流器以及故障情况下换流器的控制性能。
双换流器串联的直流系统能够运用整流侧换流器控制直流电流，而逆变侧换流器控制直流电阿姨的基本运作控制方法，在换流器单独控制过程中，通过误差消除缓解的应用可以对其发热进行调控，确保±800kV特高压直流系统的运行质量以及安全性。
关键词：±800kV特高压直流系统；换流器；换流器控制引言：作为直流控制系统中不可或缺的结构，换流器控制的作用至关重要，特高压直流系统选用双12脉动换流器进行串联接线，针对其系统可用率以及运行状态等参数进行分析，针对串联换流器实施单独控制以及双换流器控制系统间的影响状态分析，提出了双换流器串联直流系统的运行模式和有关的控制方法，提高±800kV特高压直流系统换流器的控制效果。
一、特高压直流输电系统的控制特性根据直流输电的有关标准来分析控制系统结构分层观点，闭环控制的主要功能为极控制，换流器控制一般有换流器发出点火脉冲开关控制环节，以30°间距发出等距点火脉冲的换流器控制能够用于12脉动换流器的换流桥臂。
所以针对12脉动换流器为一极换流器的一般直流系统来说，换流器控制一般会选择并入极控制系统。
在极控制系统中，整流一级逆变两端的调节性性能配合程度较高，在主回路参数设计方面，能够得知两端直流系统的有关参数为匹配，处于稳态工作点也就是运作处于额定直流电流、整流侧直流电压为额定直流电压等。
在动态中整流侧每极直流电流调节器可以对侧直流电压的具体情况来控制电流。
在由双12脉动换流器串联构成的特高压直流系统中，若依然采用30°间距发出等距点火脉冲的换流器进行控制，那么直流控制需要在常规直流控制的分层结构之上添加最底层的换流器控制层，包含对应各12脉动换流器的两个换流器控制，换流器控制需要以12脉动换流器的换流母线电压作为点火脉冲的同步电压，整流侧的各个12脉动换流器不能感应对侧脉动换流器的电压情况。
正负800kV直流输电系统过电压与绝缘配合.、八、一前言目前，随着直流电压等级由原来的500 kV 上升到800 kV ，导致换流站和线路的绝缘部分在总设备投资所占比重相当大。
如输送容量约为原来的2 倍，因绝缘故障带来的损失以及系统的扰动问题严重。
所以，优化直流系统过电压保护，进而确定合适的换流站绝缘水平，在换流站设备设计、制造和试验中是很重要的部分。
如果绝缘水平取得过高就会造成换流站的设备尺寸过大即难度太高，若取得过低则导致运行中故障率或是停电损失和维护费用增加，进而造成经济浪费。
1.换流站交流侧的操作过电压及电压选择1.1 操作过电压换流站的交流侧中有单相接地和两相接地以及三相接地故障出现，随后在故障清除的过程中，换流变和滤波器组会通过系统的阻抗进行充电，进而引起暂态过程在交流侧产生过电压，而且电压不能采取有效措施来控制。
由相间过电压通过换流变传递到了阀侧，需要计算出换流站交流侧A类型避雷器与换流阀V类型避雷器的保护水平以及能量的工况。
若果按保守的方法来计算故障清除过电压时，假设在故障期间以及故障之后换流站一直处于闭锁的状态，由于阀闭锁时，串联的两个阀相间接在避雷器上，产生能量很小，另外阀侧相间过电压最高。
如果故障期间阀闭锁投入旁通对时，就会有部分阀相间接在避雷器上，其能量最高。
所以，这与常规低压直流工程一样，换流变的断路器和交流滤波器组装有合闸电阻，能够抑制交流滤波器组和换流变的操作过电压。
1.2换流站交、直流侧避雷器额定电压的选择在某一瓷器厂生产的420 kV 避雷器在吸收较高的预注能量之后，能够承受 1.03 倍避雷器额定电压的时间超过了1000 秒，所以，如果选择的额定电压为400 kV 的国产避雷器也能够保证安全。
跟据调查本厂的换流站交流侧选择的额定电压达到400 kV,则直流工程的换流变侧A类型的避雷器额定电压选择为399 kV,这是多年实践运行的经验。
所以，这里建议换流站交流侧的避雷器，还包括交流母线避雷器都选用额定电压为400 kV 的避雷器,即不需要照搬以前500 kV 直流工程的模式,交流母线避雷器只需选用420 kV 避雷器,作为换流变侧和交流滤波器母线侧则选用400 kV 避雷器。
±800kV直流换流变压器一、产品简介特高压直流输电建设已成为国家的一项重大技术装备政策，随着我国电力事业的发展，我国高压直流输电线路电压等级已经从±500kV全面迈向±800kV等级。
目前国家电网公司和南方电网公司已经先后完成并投运三个±800kV项目，工程额定输送容量从最初南网公司云广项目的5000 MW 、国网公司向上项目的6400 MW、发展到国网公司锦屏项目的7200 MW，两个±800kV项目正在建设，南网公司输送容量糯扎渡仍为5000 MW，国网公司哈郑项目已经发展到8000MW，为目前世界上该电压等级最高直流输电项目中，输送容量最大的直流项目。
云南至广东直流输电工程的发送端位于云南省楚雄换流站，接受端位于广东省穗东换流站，直流输电距离约为1418公里。
额定直流运行电压为±800kV，额定直流电流为3125A，输送容量5000MW。
云广直流工程采用双十二脉动阀组串联接线。
换流变压器电气接线如图1所示。
与每个12 脉动桥相连的有6 台换流变压器，其中3台换流变压器的阀侧绕组应为星形连接，另外3台采用三角形连接。
从高压端到低压端的换流变压器阀侧绕组连接方式依次为星形接线－三角形接线－星形接线－三角形接线。
图1 换流变压器电气接线示意图图2 ±800kV直流换流变压器其中Y H、D H表示高端换流变，Y L、D L表示低端换流变。
二、技术介绍（一）产品技术特点与±500kV直流输电比较，更加节能、环保、高效，建设成本降低。
1) ±800kV直流输电与两个±500kV直流输电比较：a、换流站投资少，总体损耗小。
b、输电线路走廊窄，占地面积小。
c、输电线路造价低, 输电用电缆少一半。
±800kV输电线路及换流变压器与两个±500kV输电线路及换流变压器对比如下表：2）±800kV直流换流变压器产品采用全密封结构，变压器油无渗漏的特点，对环境无污染，符合国家环保政策的要求。
版本号：V2.0 ±800kV特高压直流输电工程换流站标准化设计文件之（三）接地极线路标准化设计指导书(试行)直流建设部二〇一五年七月±800kV特高压直流输电工程换流站标准化设计文件之（三）接地极线路标准化设计指导书(试行)批准：审核：郭贤珊黄勇宋胜利陈东编写：张宁刚王庆付颖王赞江岳魏鹏目录前言 (I)1 一般规定 (1)2 导地线选型 (2)2.1 导线选型 (2)2.1.1 导线选择主要原则 (2)2.1.2 导线载流量 (2)2.1.3 导线型号 (3)2.1.4 导线布置 (3)2.2 地线选型 (4)3 绝缘配合及防雷接地 (5)3.1绝缘配合 (5)3.1.1 绝缘子片数 (6)3.1.2 招弧角间隙 (6)3.1.3 空气间隙 (6)3.2防雷接地 (7)3.3地线绝缘设计 (8)4 导线对地和交叉跨越距离 (9)5 杆塔设计 (12)5.1杆塔结构设计原则 (12)5.1.1基本规定 (12)5.1.2杆塔优化设计原则 (13)5.2杆塔型式选择 (13)5.3杆塔荷载 (14)5.3.1杆塔荷载取值 (14)5.3.2杆塔荷载组合 (15)5.3.3其它规定 (18)5.4杆塔材料 (18)5.5杆塔防腐及绝缘设计 (19)5.5.1 基本规定 (19)5.5.2防腐要求 (19)6 基础设计 (20)6.1基础设计原则 (20)6.2基础选型 (20)6.2.1基本原则 (20)6.2.2常用的基础型式 (21)6.3基础材料 (21)6.4基础计算 (21)6.5基础防腐及绝缘设计 (21)6.5.1 基本规定 (21)6.5.2基础防腐设计 (22)6.6特殊地段基础处理 (22)7 单侧过负荷运行工况导线弧垂校核 (23)7.1接地极过负荷保护定值设计原则 (23)7.2接地极线路降功率工况运行时间 (23)7.3降功率工况的弧垂校核 (23)附录A 导线允许载流量计算方法 (25)附录B 灵州换流站接地极线路绝缘配置案例 (27)B.1 工作电压绝缘 (27)B.2 操作过电压绝缘 (28)C.1 导线型号 (33)C.2 额定电流状态下的导线温度 (34)C.3 一侧承受额定电流时的导线温度及弧垂 (35)C.4 过载时的对地及交叉跨越距离 (36)附录D 降功率工况的导线载流量分析 (38)D.1 一侧承受额定电流时的导线温度及弧垂 (38)D.2 过载时的对地及交叉跨越距离 (42)附录E 接地极线路设计标准指导书（试行）编写备忘录 (45)E.1 本设计指导书编写过程 (45)E.2 本设计指导书已解决的问题 (46)E.3 本设计指导书需解决的问题 (46)前言接地极线路是特高压换流站的配套工程。
±800千伏特高压直流输电原理
一、直流输电系统
直流输电系统是特高压直流输电的核心组成部分，主要由换流站、输电线路和控制系统等组成。
二、换流站设备
换流站设备是直流输电系统的关键设备，包括换流变压器、换流阀、直流滤波器、无功补偿装置等。
换流阀是换流站的核心设备，通过控制换流阀的开通和关断，可以实现直流电和交流电的转换。
三、输电线路
特高压直流输电的输电线路采用架空线路或电缆线路，具有传输距离远、输送容量大、电压等级高、输电效率高等优点。
四、控制系统
控制系统是直流输电系统的核心，它包括调节器、保护装置、测量装置等。
控制系统通过对输电线路的电压、电流等参数进行监测和控制，保证输电系统的稳定运行。
五、电力电子技术
特高压直流输电采用了大量的电力电子技术，包括脉宽调制技术、同步开关技术等。
这些技术的应用可以实现电力的高效传输和系统的稳定控制。
六、电磁环境
特高压直流输电的电磁环境影响较小，因为其采用直流输电方式,没有交流输电的谐波和无功功率等问题。
但是，在换流过程中会产生
一定的电磁噪声，需要采取措施进行降噪处理。
七、经济效益
特高压直流输电具有传输距离远、输送容量大等优点，可以大幅度降低电力传输的成本，提高能源利用效率。
同时，特高压直流输电还可以实现不同地区之间的电力互济，提高电力系统的整体效益。
2009年第3卷第6期南方电网技术特高压直流输电2009，V ol. 3，No. 6 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY UHVDCTransmission 文章编号：1674-0629(2009)06-0030-05 中图分类号：TM721.1 文献标志码：A ±800 kV直流换流站直流侧接线及设备配置方案探讨李学鹏1，方静2，李岩3，陈云1，申卫华1(1. 西北电力设计院，西安710075；2. 中国电力工程顾问集团公司，北京100120； 3. 南方电网技术研究中心，广州 510623）摘要：±800 kV直流输电工程的电压高、输送功率大，其直流换流站直流侧接线及设备配置需结合换流设备制造、运输条件的限制，并综合考虑整个换流站的可靠性、可用率来确定。
鉴此，对换流站直流侧接线及设备配置方案进行了研究。
研究结果为：特高压换流站换流器的接线推荐采用每极2个12脉动串联方案。
对比电压，又可细分为（600 + 200）kV、（500 + 300）kV、（400 + 400）kV三种，其中（400 + 400）kV方案如分析所述经济性和可行性最好，所以阀组接线推荐采用（400 + 400）kV方案。
直流开关场接线方案采用典型双极直流接线方案比较合适。
关键词：特高压直流输电；换流站；换流变压器；换流站直流场Discussion of DC Yard Connection and Equipment Configuration of±800 kV DC Convert StationLI Xuepeng1, FANG Jing2, LI Yan3, CHEN Yun1, SHEN Weihua1(1 Northwest Electric Power Design Institute, Xi’an 710075, China; 2. China Power Engineering Consulting Group Corporation,Beijing 100120, China; 3.CSG Technology Research Center, Guangzhou 510623, China)Abstract: The ±800 kV UHVDC transmission project has characteristics of high voltage and great power, and its main circuit and equipment configurations of DC yard should be considered according to the ability of the DC equipment manufacture and thetransport limitation as well as the reliability and usability of the whole convert station. It is concluded in this paper that the recommended scheme for ±800 kV UHVDC station is that with two 12-pulse bridges in series per pole. In terms of voltage, threetypes of combination are possible, i.e.（600 + 200）kV、（500 + 300）kV and（400 + 400）kV. The （400 + 400）kV scheme is most economical and feasible as analyzed in this paper, so it is the best one. The scheme for the circuit configuration of DC yard is recommended as the typical two-pole DC scheme.Key words: UHVDC; converter station; converter transformer; DC yard在我国建设的云广± 800 kV特高压直流输电工程，其额定直流电压为±800 kV，额定输送功率达到或超过5 000 MW，相应的直流侧设备耐受的过电压水平较± 500 kV直流输电工程明显提高，对直流运行的可靠性提出了更高要求。
本文对±800 kV换流站直流侧接线及设备配置方案进行了探讨，提出了可用于特高压直流工程建设的可行方案。
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划特高压输变电系统开发与示范项目课题资助（2006BAA02A22）。
Foundation item: The Development and Demonstration Project of UHV Power Transmission and Substation System Supported by the Eleventh Five-Year Plan for National Science and Technology（2006BAA02A22）. 1 ± 800 kV换流站换流阀组接线特高压换流站主接线方案主要有3种：每极单个换流器方案、每极2个换流器串联方案和每极2个换流器并联方案。
特高压换流站每极2个换流器并联方案一次接线比较复杂、控制保护系统复杂、运行不方便。
特高压直流输电主要应考虑如何升高直流电压，所以2个换流器并联的方案可行性差。
在换流站主接线方案的研究中，需要重点对每极一个换流器方案和每极2个换流器方案进行论证。
由于特高压直流输电工程的额定电压和额定功率都较大，如果采用单极每极1个12脉动换流器的第6期李学鹏，等：±800 kV直流换流站直流侧接线及设备配置方案探讨 31接线方案，送端大容量变压器将受到运输条件的限制而无法完成设备运输。
因此±800 kV特高压直流输电工程接线方案考虑每极采用2组12脉动换流器串联的结构比较合适。
采用2组12脉动换流器串联的结构，按12脉动换流器电压分，又可分为3种，即（600 + 200）kV、（500 + 300）kV、（400 + 400）kV（前者是低压端12脉动换流器两端电压、后者是高压端12脉动换流器两端电压）分配接线方案的可行性。
根据特高压直流输电工程主要研究成果[2], (600 + 200）kV换流器接线方案中，与低压端600 kV换流器连接的换流变压器容量大，超出了运输条件的限制。
因此主要比较（500 + 300）kV（方案一）和（400 + 400）kV（方案二）两种换流器接线方案的优劣。
从两者换流变压器、换流阀、换流变压器阀侧套管、阀避雷器、旁路断路器的运行电压和运行控制的灵活性等方面综合考虑，方案二总体上占优。
因此特高压±800 kV直流输电工程中采用（400 + 400）kV 的换流器接线方案比较经济合理，推荐±800 kV换流站采用每个换流单元连接的换流变压器为6台单相双绕组变压器，其中3台接线形式为Y/Y，另外3台接线形式为Y/D的接线形式。
每极两个12脉动阀组串联的换接线示意图见图1。
图1 ±800 kV换流站换流阀组接线示意图Fig. 1 The Schematic Diagram of ±800 kV HVDCConverter Station Valve Group对于华东和华中的受端换流站，虽然采用每极一组12脉动换流器接线的换流变压器可能不受运输条件的限制，但是这种接线方式与采用（400 + 400）kV换流器接线方案比较有如下不足：1）设备制造难度大，其每台换流变压器容量是（400 + 400）kV换流器接线方案的2倍，分接开关电流和换流变压器偏磁电流都增大。
2）一极换流阀或换流变压器故障时需单极停运，而采用（400 + 400）kV换流器接线方案，一个换流器中故障，剩下的换流器仍可继续运行。
3）即使换流变压器能够满足运输条件，也将大大增加运输难度。
因此综合考虑，对于特高压换流站阀侧接线，送、受端均建议采用（400 + 400）kV换流器接线方案。
在此基础上展开特高压直流输电系统直流开关场接线和主设备配置要求的讨论。
2 ±800 kV换流站直流开关场接线2.1 基本接线±800 kV特高压直流输电工程采用（400 + 400）kV换流器接线方案，每极高、低端12脉动换流器两端设计电压相同，12脉动换流器两端连接直流旁路断路器，通过直流旁路断路器操作可以投入或者推出该12脉动换流器，因此，运行方式非常灵活，可根据实际情况合理组合。
其正送和反送功率传输方向下，直流输电系统运行方式如下。
1）完整双极运行方式；2）1/2双极运行方式；3）完整单极大地返回运行方式；4）1/2单极大地返回运行方式；5）完整单极金属回路运行方式；6）1/2单极金属回路运行方式；7）3/4双极运行方式。
平波电抗器采用2台串连的型式，分别配置在直流极线和中性线母线上，降低了平波电抗器的制造难度。
每一个12脉动换流器两端并接有旁路断路器以及隔离开关，用于旁路或者投入此12脉动换流器。
换流变压器的型式为单相双绕组。
由于直流系统电压从±500 kV提高到了±800 kV，特高压直流输电工程换流器接线从传统的单12脉动换流器改为采用双12脉动换流器结构。
采用双12脉动换流器结构，使主回路有更多的运行方式，提高了整个系统运行的灵活性和可用率。
针对双12脉动的特点，在直流侧接线中，增加了旁路断路器和隔离开关。
通过旁路断路器和隔离开关的配合控制，可以完成单12脉动换流器的正常32 南方电网技术第3卷起停控制和故障情况下的换流器退出操作，以实现上述7种不同运行方式。
3 ±800 kV换流站直流关键设备配置要求在常规直流典型接线输电工程中，为满足直流主接线的基本运行、检修要求，直流开关场按极对称设置有平波电抗器、直流滤波器、直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流PLC滤波装置、直流隔离开关、金属回路转换开关（MRTB）、大地回路转换开关（GRTS）、中性母线高速开关（NBS）、中性母线高速接地开关（NBGS）、中性点设备及过电压保护设备等，特高压直流仍然需要配置上述设备。
上述主要设备的基本功能如下：平波电抗器的作用主要包括：抑制换流阀产生的纹波电压、直流小电流运行时保持电流连续、防止逆变器换相失败、直流故障时抑制电流的突变速度、抑制线路电容和换流站直流侧容性设备通过换流阀的放电电流，以免损坏阀的元件、减少从直流线路侵入到换流站雷电波对换流阀的危害等作用，与直流滤波器配合，减少系统谐波分量，减小对邻近通信线路的干扰。
