舟山多端柔性直流输电工程系统设计_李亚男

第40卷第8期：2490-2496 高电压技术V ol.40, No.8: 2490-2496 2014年8月31日High V oltage Engineering August 31, 2014 DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2014.08.033舟山多端柔性直流输电工程系统设计李亚男，蒋维勇，余世峰，邹欣（国网北京经济技术研究院，北京102209）摘 要：为了解决舟山群岛供电、海上风电送出等问题，规划设计了舟山5端柔性直流工程。

舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程是目前世界上在建的端数最多的柔性直流工程。

为了满足柔性直流换流站启动、运行与控制、检修的需要，研究提出了柔性直流换流站的主接线方案。

开展了柔性直流系统主回路参数研究，确定了换流站主设备和直流电缆的选型及主要技术参数、换流站运行功率范围。

通过交、直流过电压研究提出了换流站过电压保护及绝缘配合方案。

提出的柔性直流换流站主回路参数确定方法、绝缘配合方案、运行控制策略等形成了完整的柔性直流系统整体技术方案。

提出了柔性直流系统设计的完整技术思路、设计方法及工具，为我国多端柔性直流技术发展及工程应用提供了有力支撑。

关键词：柔性直流输电；系统设计；主接线方案；主回路参数；绝缘配合；主设备参数System Design of Zhoushan Multi-terminal VSC-HVDC Transmission ProjectLI Yanan, JIANG Weiyong, YU Shifeng, ZOU Xin(State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)Abstract：We designed a five-terminal VSC-HVDC system to realize and secure the power supply and oversea wind power transmission in Zhoushan islands. This pilot project is the multi-terminal VSC-HVDC with the most terminals un-der construction in the world. To meet the requirements of the start, control, and maintenance of VSC converter station, we studied and proposed the arrangement of the station’s main circuit. Then through studying the parameters of this main circuit, we determined the types and parameters of main devices, the technical requirements of DC cable, and the opera-tion parameters of each station. We also obtained the scheme of overvoltage protection and insulation coordination by analyzing the overvoltage in both AC and DC sides of the system. The proposed method and procedure of main circuit parameter’s determination, the insulation coordination solution, and the control strategy constitutes the complete design solution of multi-terminal VSC-HVDC system. The presented integrated design method, including the tools required, provides a solid guidance in designing and promoting the multi-terminal VSC-HVDC systems.Key words：VSC-HVDC transmission; system design; main circuit scheme; main circuit parameters; insulation coordi-nation; main equipment parameters0引言根据浙江舟山群岛新区发展规划，地区负荷增长潜力大，但受海岛地理条件限制，负荷相对分散。

除舟山本岛有火电电源外，其余岛屿仅能通过舟山本岛或与上海联网供电。

舟山本岛通过2回220 kV 线路、3回110 kV线路与浙江主网联系，但岛间相互联系较弱，供电可靠性面临较大风险。

建设浙江舟山北部主要岛屿与舟山本岛间的多端柔性直流输电工程，有利于保障舟山群岛新区发展的供电可靠性，提高电网供电能力及抗灾能力[1]。

2014年6月，舟山多端柔性直流工程已完成调试，正式投入试运行。

柔性直流输电(VSC-HVDC)系统基于电压源换相换流器(VSC)，具有可控性高的优点，目前主要用于海上风电并网、城市区域供电、交流系统互联、孤岛供电等[2-7]。

舟山柔性直流换流器件采用基于模块化的多电平换流器(MMC)，与以往的2电平和3电平柔性直流系统相比，由于开关频率降低，所以系统损耗小，单位造价低，能够达到较高的直流电压等级，进一步提高直流容量[8-9]。

为满足柔性直流换流站启动、运行与控制、检修的需要，本文提出李亚男，蒋维勇，余世峰，等：舟山多端柔性直流输电工程系统设计 2491了柔性直流换流站的主接线方案。

开展了柔性直流换流站主回路参数研究，确定了换流站主设备和直流电缆的选型及主要技术参数。

通过交、直流过电压研究提出了换流站过电压保护及绝缘配合方案。

提出的柔性直流系统设计的完整技术思路、设计方法及工具，为我国多端柔性直流技术发展及工程应用提供了有力支撑。

1 直流系统主接线舟山工程新建定海、岱山、衢山、洋山和泗礁共计5个±200 kV柔性直流换流站，换流站直流额定功率分别为400 MW、300 MW、100 MW、100 MW、100 MW。

其中定海和岱山换流站接入220 kV 电压等级交流电网，其余3个换流站接入110 kV电压等级交流电网。

配套新建4回±200 kV柔性直流输电线路，其中舟山本岛北部至岱山岛1回，输送功率为400 MW；岱山岛至衢山岛1回，输送功率为100 MW；岱山岛至洋山岛1回，输送功率为200 MW；洋山岛至泗礁岛1回，输送功率为100 MW。

换流站间采用直流电缆连接，其中定海—岱山线路长52 km，岱山—衢山线路长16 km，岱山—洋山线路长38.9 km，洋山—泗礁线路长33.5 km。

定海换流站主接线如图1所示。

采用三相桥式整流结构，模块化多电平设计，换流阀桥臂由结构相同的子模块串联，每个桥臂约250个子模块(SM)。

定海及岱山换流站采用Y/Δ/Δ变压器接入换流母线，其余3个换流站采用Y/Y0/Δ变压器接入。

每个桥臂上设置电抗器，具有抑制故障电流的作用，同时兼具抑制桥臂间2倍频环流的功能。

在交流进线和直流出线分别设置启动电阻、直流电抗以限制启动、故障时的冲击电流。

2 主回路参数设计主回路参数设计是根据系统要求的有功及无功运行功率范围、电压变化范围、控制策略和控制参数，计算换流阀子模块电容、联结变压器、桥臂电抗器、直流电抗器等主设备技术参数，并结合换流器件制造水平对系统的功能要求进行优化。

在此基础上，计算各运行工况下直流系统及主设备的稳态运行参数及各换流站运行功率圆图，确定换流站运行范围。

主回路参数设计要考虑可关断期间的通流能力、耐压、设备造价等因素进行优化[10-13]。

2.1 功率运行范围要求各换流站有功功率的运行范围分别为：定海换流站为[−400 MW，400 MW]，岱山换流站为[−300 MW，300 MW]，衢山、洋山、泗礁换流站均为[−100 MW，100 MW]。

换流站的无功吸收和提供能力按功率因数0.95确定根据以上原则，各换流站的无功提供能力见表1。

在舟山直流系统设计中，根据实际的运行控制图1 定海换流站主接线示意图Fig.1 Single line diagram of Dinghai converter station2492 高电压技术 2014,40(8)需要，对换流站与交流系统的无功交换要求进行了优化。

优化后无功交换范围为：若换流站母线运行在最低稳态运行电压，则系统不向换流站提供无功；若换流站母线工作在最高稳态运行电压，则换流站不需要向系统发出无功。

综合考虑功率运行范围，对应有功功率下无功提供、吸收能力与交流电压的关系示意图如图2所示。

图2中：Q max和Q min分别为在对应有功功率下系统要求的换流站无功发出量和消耗量。

各换流站过负荷能力要求为1.1倍，在换流站过负荷运行时，无功功率需求可以适当减少。

2.2 控制策略舟山多端柔性直流系统具备有功和无功的4象限运行能力[14]，各换流站控制模式为：定海换流站作为直流系统的有功平衡节点，通过调节调制波的相角保证直流电压在±200 kV。

此时岱山、衢山、洋山和泗礁换流站采用定有功功率控制，联结变压器出口有功功率通过调节调制波相角保证为设定值。

岱山换流站也具有定直流电压控制，若定海换流站故障退出或定直流电压控制失效发生时，由岱山换流站接替定直流电压控制。

无站间通信情况下，若定海换流站退出运行，则判断岱山换流站直流电压，当测量到的岱山换流站直流电压大于204 kV或者小于196 kV后，该站转为定电压控制，对应的电压定值为204 kV或196 kV。

各运行换流站的无功提供和吸收能力可以降低。

舟山多端柔性直流工程调制比范围设置为[0.75, 0.95]，额定调制比0.85。

当调制比变化不足以适应交流电压变化影响时，可调节联结变压器分接头档位使调制比回到正常范围内。

各换流站的分接头档位控制功能使得调制比在额定调制比±0.05范围内。

各换流站交直流系统无功功率的控制可通过调节调制波幅值整定。

详细的控制策略根据系统研究确定。

尤其需要要考虑舟山柔性直流工程各换流站与主网之间的电气距离，特别是主要发电机的电气距离确定合理的无功控制策略。