±800kV云廣直流輸電工程平波電抗器參數選擇和布置

另1 種方案為平波電抗器分成2 部分，分別裝設在極母線(xiàn)上和2 個(gè)12 脈動(dòng)換流器中間的聯(lián)絡(luò )線(xiàn)上(以下簡(jiǎn)稱(chēng)方案3)，見(jiàn)圖3。

直流輸電運行特性包括穩態(tài)特性和暫態(tài)特性，筆者針對不同的平抗布置方案，主要研究反映其穩態(tài)特性的最大持續運行電壓峰值，即PCOV，和反映暫態(tài)特性的換流器交叉閥組解鎖直流操作過(guò)電壓，來(lái)揭示布置方案對特高壓直流輸電運行特性的影響。

目 前過(guò)電壓絕緣配合的方法主要是在可能出現較大過(guò)電壓的關(guān)鍵點(diǎn)增加避雷器配置。不同于交流避雷器，直流避雷器的保護水平取決于裝設點(diǎn)包括換相過(guò)沖電壓的最大持續運行電壓峰值(PCOV)[11]。因此，關(guān)鍵測點(diǎn)PCOV 的大小是評估3 種平抗布置方案對直流輸電系統過(guò)電壓絕緣水平的影響的重要依據。

如圖1-3 所示，Uv為高端閥組Y-Y 換流變閥側A 相電壓，Udh為極母線(xiàn)出口直流電壓，Udm是2 個(gè)12 脈動(dòng)換流器中間聯(lián)絡(luò )母線(xiàn)的電壓，Udv為下12 脈動(dòng)換流器的2 個(gè)6 脈動(dòng)橋中點(diǎn)的直流電壓。根據特高壓直流換流站的避雷器配置方案，上述4 個(gè)電壓測量點(diǎn)均裝設相應的避雷器，避雷器額定電壓和保護水平由該點(diǎn)的運行電壓和PCOV 決定。當平抗布置采用第2 種和第3 種方案時(shí)， 由于上下雙12 脈動(dòng)換流器結構基本對稱(chēng)，其2 部分電抗器產(chǎn)生的諧波電壓降大小相等，方向相反，因此Udm近似于純直流電壓，而方案1 的Udm諧波含量較大，輸出為脈動(dòng)較大的直流電壓。Udh為12 脈動(dòng)換流器各點(diǎn)對地PCOV 與Udm之和，因此方案1 的Udh諧波含量大于方案2、3 的諧波含量，其PCOV 也大于另外2 個(gè)方案中的PCOV， 這也將提高換流變壓器高端閥組側電壓Uv處的運行峰值和避雷器保護水平，增大相應設備的穩態(tài)應力，不利于系統安全經(jīng)濟運行。此外，Udm的諧波含量太大導致數值波動(dòng)較大， 將造成以Udm為輸入參考電壓的整流側定電壓控制器不能起到穩定的控制作用。

特高壓直流輸電工程采用單極雙12 脈動(dòng)換流閥串聯(lián)的接線(xiàn)形式，每個(gè)閥組都并聯(lián)了旁路斷路器和旁路隔離開(kāi)關(guān)，使得每個(gè)閥組可以單獨的投運或者退出，運行方式和操作種類(lèi)數量大大增加[12]。典型的操作包括在單極低端12 脈動(dòng)換流器解鎖的情況下，解鎖高端閥組，根據云廣直流工程調試過(guò)程中的記錄， 該操作多次造成Udv過(guò)電壓太大，Udv處避雷器動(dòng)作。經(jīng)初步分析，該避雷器動(dòng)作原因與平波電抗器布置在中性母線(xiàn)上有關(guān)。

3 3 種平波電抗器布置方案的仿真研究

在實(shí)際工程中改變平波電抗器布置方案進(jìn)行試驗研究，由于其涉及到的工程復雜，成本太高，難以實(shí)施，不具有操作性。因此，利用電磁暫態(tài)軟件建模仿真是1 種簡(jiǎn)捷、方便、有效的途徑。

PSCAD/EMTDC 是目前世界上被廣泛使用的1種電力系統分析軟件，其主功能包括電力系統時(shí)域和頻域計算仿真，典型應用是計算電力系統遭受擾動(dòng)或參數變化時(shí)，電參數隨時(shí)間變化的規律。其在高壓直流輸電系統領(lǐng)域的仿真研究具有較高的權威性。筆者利用PSCAD/EMTDC 軟件搭建了±800 kV云廣特高壓直流輸電工程模型，并針對應用3 種不同的平抗布置方案的特高壓直流輸電系統進(jìn)行仿真研究，對比其穩態(tài)和暫態(tài)運行特性，揭示各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

特高壓直流輸電模型中，交流系統采用無(wú)窮大等值電源模擬，換流變、交直流濾波器等一次設備均采用實(shí)際參數，平波電抗器總電感值取上文中計算得到的300 mH， 直流架空線(xiàn)路采用軟件自帶的貝杰龍線(xiàn)路模型，參數均為實(shí)測所得?？刂品绞綖镃IGRE HVDC 標準模型的控制模式?；诓煌桨傅? 種模型整流側單極接線(xiàn)圖分別為圖1-3， 由于另一極以及逆變側的接線(xiàn)方式具有高度對稱(chēng)性，限于篇幅不再給出。

當云廣特高壓直流輸電系統運行在額定工況時(shí)，Uv、Udh、Udm的仿真波形分別見(jiàn)圖4-6。

雙12 脈動(dòng)換流器中間聯(lián)絡(luò )線(xiàn)電壓Udm的諧波含量取決于上下兩組12 脈動(dòng)換流器參數的對稱(chēng)度，包括上下兩閥組換流變基本參數、觸發(fā)角、對地雜散電容、平波電抗器的電感值等。在仿真中忽略了雜散電容的影響，換流變、觸發(fā)角等參數一致，因此，Udm的諧波含量取決于平抗的布置方式。見(jiàn)圖6，由于方案2、3 的平波電抗器分開(kāi)布置在極母線(xiàn)和中性線(xiàn)或中間聯(lián)絡(luò )線(xiàn)上， 其對稱(chēng)度遠高于方案1，Udm近似為純直流電壓，而方案1 中Udm的5、7 次諧波含量明顯較大。

單個(gè)12 脈動(dòng)換流器各處對地PCOV 可以按傳統500 kV 的12 脈動(dòng)換流器各點(diǎn)對地PCOV 的公式計算， 然后加上中間聯(lián)絡(luò )母線(xiàn)的直流電壓或者PCOV。因此Udm的大小和波形直接影響到Uv、Udh，如圖4、5 所示，方案1 中的換流變閥側PCOV 和極母線(xiàn)PCOV 明顯大于方案2、3 中相應的PCOV，因此，采用方案2、3 時(shí)，可以有效降低安裝在換流變閥側和極母線(xiàn)處的避雷器的額定電壓，降低避雷器保護水平， 也可降低上組12 脈動(dòng)換流器各點(diǎn)的絕緣水平、減小穩態(tài)應力[13]。其中，方案3 中換流變閥側PCOV 要略高于方案2， 是因為平波電抗器裝設在中性母線(xiàn)時(shí)，雙脈動(dòng)換流器結構對稱(chēng)度更高。

直流操作過(guò)電壓是直流輸電工程較為常見(jiàn)的過(guò)電壓現象，云廣特高壓直流工程在調試過(guò)程中出現過(guò)因直流過(guò)電壓太大造成避雷器動(dòng)作的事例：2010 年1 月7 日11:38， 楚雄換流站在極2 低端閥組帶功率運行的情況下，解鎖極2 高端閥組的操作時(shí)， 低端閥組2 個(gè)6 脈動(dòng)換流器中點(diǎn)瞬時(shí)電壓Udv過(guò)大，導致該處避雷器動(dòng)作。文中對該操作過(guò)程進(jìn)行模擬仿真， 在不裝設避雷器的情況下觀(guān)察Udv的暫態(tài)波形，結果見(jiàn)圖7-9(為了便于觀(guān)察，輸出結果設置為正極性)。