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1、國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司張北直流電網關鍵裝備技術研究及應用匯報提綱國家電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司一、張北工程概況二、關鍵設備研制三、技術經濟性淺談四、總結與展望國家電網S T A T E G R I D工程背景南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司張家口規劃建設大型可再生能源基地，已開發和規劃開發的裝機規模巨大，2 0 2 0 年新能源規模將達到2 0 0 0 0 M W,2 0 3 0 年將達到5 0 0 0 0 M W。2、現有問題張家口地區本地負荷小，無法消納大規模新能源。張家口電網位于交流主網末端，現有網架輸送容量不足。應對挑戰 具有間歇性、波動性的大規模新能源友好并網與穩定輸送。匯集和輸送大規模風電、光伏、抽蓄等多種形態能源。x 采用傳統交流輸送：損耗大，需無功補償；大規模新能源波動影響主網穩定性，導致大量棄風、棄光。x 采用常規直流輸送：送端電網需具有較強電壓支撐能力；輸送功率需長期保持穩定。解決方案：采用柔性直流來構建直流電網張北柔性直流工程總體情況張北柔性直流工程國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司工程規劃：近期采用四端柔性直流環網，遠3、期規劃為七端環網；通過張北、康保兩換流站匯集當地新能源；通過豐寧換流站接入當地抽水蓄能，平抑新能源功率波動；通過北京換流站接入北京電網，為北京提供清潔電力。康保直流斷路器1 5 0 0 M W風電A C 5 0 0 k VV S Cv s C H2 0 5,9 0 k m豐寧張北4 9.6 0 k m 1 8 8.1 0 k m1 5 0 0 M W3.0 0 0 M WV S C2 0 8,4 0 k mV S C-北京5 0 0 k V 1 0 0 0 k V3.0 0 0 M W張北特高壓 工程特點與技術優勢：柔直技術實現G W 級新能源開發與外送：高效、靈活、穩定；直流架空線輸電：遠距4、離、大容量、低成本；配置直流斷路器構建直流電網：可靠性高，擴展性好；多種形態能源靈活互補：有效平抑新能源波動性，降低對送、受端電網影響。北京站張北站康保站豐寧站額定電壓(k V)5 0 05 0 05 0 05 0 0額定功率(M W)3 0 0 03 0 0 01 5 0 01 5 0 0額定直流電流(A)3 0 0 03 0 0 01 5 0 01 5 0 0橋臂有效值2 1 0 02 1 0 01 0 5 01 0 5 0電流(A)峰值3 6 1 13 6 1 11 8 0 61 8 0 61國家電網S T A T E G R I D技術挑戰南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南理售團中由善5、瑞科技有限公司 首個直流電網工程設計世界上首次開展柔性直流電網工程建設，原有的電網規劃、網架構建、系統設計等技術無法完全適用；交直流混聯系統的能量交換、故障機理、穩定性規律和控制方法等與現有系統相比有本質性變化，需要新的理論和技術支撐。基于架空線的柔性直流故障快速檢測與開斷采用架空線后，雷電、大風等自然災害會經常造成直流電網的暫時性故障，必須要實現線路的快速、可靠的故障清除；直流電網故障發展與蔓延速度快，故障的檢測和隔離必須在數個毫秒內完成，需要全新的保護理念和方法。高電壓大容量的核心設備研制與可靠性提升與之前柔直換流設備相比，張北工程的換流器運行和故障電流、電壓等級、功率密度均有較大提升，對6、設備的絕緣、損耗、散熱、結構設計帶來極大挑戰，需要全新的設計理念；全新的直流電網架構、更高的電壓等級和開斷容量，對直流斷路器的設計提出了更高的要求；大規模新能源并網對耗能裝置提出了更高要求。5關鍵設備國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司基于系統方案，綜合考慮了各種工況下設備的多種應力要求，開展并完成了換流閥、直流斷路器、控制保護、交流耗能裝置、換流變等關鍵設備的設計、研制、測試柔直換流閥：3 0 0 0 M W 換流站換流閥橋臂最大持續熱電流2 2 5 0 A m s,閉鎖后最大耐受暫態電流2 5 k A;直流斷路器：采用三種技術路線，分別為：混合式、負壓7、耦合式和機械式，開斷能力均不低于2 5 k A/3 m s;耗能裝置：交流耗能裝置每組3 7 5 M W,張北站配置8 組，康寶站配置4 組，通過電力電子開關在1 m s 內快速投切；換流變：單相雙繞組換流變，3 0 0 0 M W 換流站單臺換流變容量5 6 7 M W,1 5 0 0 M W 換流站單臺換流變容量2 8 4 M W。柔直換流閥三種直流斷路器拓撲換流變耗能裝置國家電網S T A T B G R I D匯報提綱南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司一、張北工程概況二、關鍵設備研制三、技術經濟性淺談四、總結與展望關鍵設備研制5 0 0 k V 柔直換流閥國家8、電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司5 0 0 k V 直流斷路器85 0 0 k V 柔直換流閥工程需求口 架空線組網：需要換流閥耐受直流側入侵的暫態過電壓和幅值較高的短路浪涌電流。口 短路電流耐受：北京站換流閥閉鎖前耐受最大暫態電流6 k A,閉鎖后2 5 k A。技術特點口 額定電壓：5 3 5 k V;口 額定直流電流：3 0 0 0 A;口 全數字化狀態監控；口 動態電壓均勻分布技術；口 納秒級高速I G B T 驅動與短路保護技術；口 毫秒級閥控制保護鏈路專用通道；口 高可靠性、長壽命、低噪聲。閥基控制設備(V B C)9、國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司換流閥塔柔直換流閥-電氣拓撲國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司口 換流器采用模塊化多電平(M M C)拓撲。口 子模塊為半橋拓撲：主要部件有I G B T 模塊、直流電容器、均壓電阻、門極驅動單元、散熱器、晶閘管、旁路開關和子模塊控制器等。子模塊TD?i T?M m|CD?U?M M C 閥相單元S M 1S M 2S M 1S M 2S M 1S M 2S M nS M nS M nLL7 4LLS M 1S M 1S M 10、1I-U_ 如+U?/2?0M?U a e0吉p?2上民-U w 2 5/23 22(a M M C 單相等效示意圖(b)相電壓a 波形生成原理+U a cM aU?2S M 2S M 2S M 2S M nS M nS M n03 2022(c)相電壓所對應的橋臂電壓波形1 0柔直換流閥-子模塊國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司元器件選型口 直流電容：抑制電壓波動、絕緣耐熱、承受故障電流、阻燃、體積小；I G B T:通流能力優、驅動能耗低、失效短路模式；口 保護晶閘管：低通態壓降、大電流承受能力、斷態和反向電壓承受能力；口11、 旁路開關：合閘時間短、額定電流和短時耐受電流承受能力；口 均壓電阻：絕緣穩定、電阻值誤差小、溫升時降容小。I G B TGRC.結構設計口 子模塊布局：分成若干獨立功能單元，合理布局，最大程度的節省布置空間；口 分區隔離設計：控制板卡高度集成，合理利用空間；口 雙母排設計：減少母排安裝空間；口 小碟簧設計：減少I G B T 壓接單元及晶閘管壓接單元尺寸。1 1柔直換流閥-閥塔口 空氣絕緣、水冷卻的立式I G B T 閥口 考慮電磁場分布、絕緣間距、質量分布、冷卻散熱、光纖布線、兼顧機械強度、安裝及檢修等因素，實現結構綜合優化。項目閥基類型換流閥特點支撐式布置型式雙列式每橋臂閥塔數2閥塔層數12、4閥頂端對地S W L(上橋臂閥-極母線側)1 3 0 0 k V閥頂端對地L I W L(上橋臂閥-極母線側)1 5 5 0 k V國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司1 2柔直換流閥-應力設計口 電氣應力設計：基于子模塊設計、結構布置、絕緣配合等因素，優化了換流閥表面電場分布；口 機械應力設計：搭建了閥塔主結構的有限元模型，完成了主結構承重應力分析，槽梁，絕緣子等關鍵部件安全系數達6 倍以上；口 地震應力設計：針對9 級烈度抗震要求，完成了閥塔建模與抗震分析，最大應力在絕緣子根部，安全系數在4 倍以上。2a d57 N e空13、氣間隙電場分布(閥層)t4 0 1換流閥應力分析國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司空氣間除電場分布(中心線)地震應力分析1 3柔直換流閥-閥控系統國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司口 采用多層面橋臂電流平衡控制策略及閥級電壓平衡高速(微秒級)脈沖分配算法，有效抑制了M M C 固有的環流和功率振蕩；口 采用了軟測量技術，對子模塊開關頻率、電容值等關鍵信息進行實時監視。技術特點口 分層分級協調控制架構；硬件完全冗余設計、主從熱備用；V B C-P C P 通信周14、期為1 0 0 s ;口 控制周期5 0 s;環流分量小于額定電流的3%;口 子模塊電容電壓不平衡度5%;口 3 級保護策略及快速過流保護機制。P C P測量系統有功量控制無功量控制監視與保護橋臂參考波發生000的o00000?00001 名g0思象00的30調制電壓電流平衡控制子模塊投切控制子模塊監視保護S M)S MMI G B T 驅動晶閘管驅動旁路開關驅動子模塊控制保護極控制保護設備閥控V B C換流閥設備1 4柔直換流閥-型式試驗試驗類型試驗對象試驗項目直流耐壓試驗交流耐壓試驗絕緣試驗閥支架操作沖擊耐壓試驗雷電沖擊耐壓試驗陡波沖擊耐壓試驗斷路器開斷沖擊試驗閥端間交直流耐壓試驗濕態直流15、耐壓試驗最小直流電壓試驗運行試驗閥模塊最大持續運行負荷試驗I G B T 過流關斷試驗短路電流試驗抗電磁干擾試驗(常規)抗電磁干擾試驗(附加)國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司拉合刀閘試驗結合廈門、渝鄂等柔性直流工程的項目實施經驗，考慮引入直流斷路器的新增工況，設計了拉合刀閘的換流閥抗電磁試驗，完成了電磁兼容能力綜合驗證。1 5國家電網S T A T E G R I D柔直換流閥-閥控R T L A B 試驗南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司古售中中非償孫士左陽公曰口 微秒級復現及模擬多端網絡，完成了典型工況下總計1 2 4 916、 項控制保護功能的可靠驗證；口 重點針對自主均壓、環流抑制、子模塊電壓平衡等主要功能進行驗證。試驗類型設備硬件檢查試驗內容外觀檢查，供電檢查通訊測試內外部接口試驗，通信內容試驗控制邏輯與控制性能系統啟停，自主均壓，穩態運行，電壓平衡，橋臂電流抑制，動態子模塊策略，P C P指令、時序異常，系統切換性能，子模塊開關頻率，子模塊旁路處理功能，機箱板卡異常等測試大型交直流系統模型晶閘管觸發測試P C P 下發觸發，V B C 自主觸發V B C 全局故障保護邏輯測試請求切換異常、閉鎖保護、過流保護、過壓保護等機箱電源故障試驗集中控制保護機箱等電源故障閥控其他功能測試漏水監測，軟件復歸，黑模塊，鏈路延17、遲等實時數字仿真系統1 6關鍵設備研制5 0 0 k V 柔直換流閥國家電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司5 0 0 k V 直流斷路器1 7張北工程直流斷路器概述直流斷路器作用及優勢口 快速分斷直流系統短路電流，限制短路電流峰值；口 實現選擇性保護，避免局部故障引發的換流站閉鎖，提高直流電網運行可靠性，非常適用于架空線路高壓直流輸電。技術路線臺數換流站機械式直流斷路器2豐寧站2 臺負壓耦合式直流斷路器2康保站2 臺混合式直流斷路器1 2北京站4 臺張北站4 臺康保站2 臺豐寧站2 臺國家電網S T A T B G R I D南瑞18、集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司張北直流斷路器技術參數額定電壓：5 3 5 k V額定電流：3 k A最大運行電流：3.3 k A分斷電流：2 5 k A K 3 m s4 端張北柔直電網1 6 臺直流斷路器3 種直流斷路器技術路線1 85 0 0 k V 機械式直流斷路器國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司機械式直流斷路器通態下依靠機械開關導通電流，通態損耗小。分斷過程通過預充電電容放電，產生振蕩電流，主支路快速機械開關在電流過零點分斷，但振蕩電流會導致機械開關觸頭燒蝕，且振蕩電路用L C 體積相對較大19、。快速機械開關儲能電容振蕩電感M Y YCL轉移支路觸發開關卑I G C TM O VM O VM O V機械式直流斷路器分斷原理：正常運行時，直流電流通過主支路機械開關通流；當直流斷路器收到跳閘指令之后，主支路機械開斷分閘同時觸發轉移支路I G C T,預充電電容C 與電感L 產生高頻振蕩電流，與主支路電流疊加后產生人工過零點，主支路分斷故障電流轉入轉移支路，并對電容充電；待儲能電容電壓達到M O V 動作電壓后，故障電流轉入耗能支路，M O V 將電流限制到零，開斷完成。1 95 0 0 k V 負壓耦合式直流斷路器國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司20、南瑞集團中電普瑞科技有限公司負壓耦合式直流斷路器正常運行時同樣依靠機械開關導通電流，通態損耗小。分斷過程通過負壓耦合電路內部預充電電容放電，產生反向電流，主支路快速機械開關在電流過零點斷開，最終依靠轉移支路電力電子器件分斷直流電流。因預充電電容電壓方向固定，快速機械開關設計難度大。快速機械開關負壓耦合電路轉移支路電力電子開關中卑M O VM O VM O V負壓耦合式直流斷路器分斷原理：正常運行時，主支路機械開關導通；接到分閘指令后，快速開關分閘，轉移支路電子開關導通；負壓耦合電路導通后，電容放電產生振蕩電流，與主支路電流疊加后產生人工過零點，主支路分斷，故障電流轉入轉移支路；轉移支路I G 21、B T 模塊閉鎖，待模塊電容電壓達到M O V 動作電壓后，故障電流轉入耗能支路，M O V 將電流限制到零，開斷完成。2 05 0 0 k V 混合式直流斷路器國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司混合式直流斷路器通過主支路I G B T 模塊強制換流，使快速機械開關無弧分斷，無觸頭燒蝕問題，但主支路I G B T 長期通流，需配置水冷系統。快速機械開關主支路電力電子開關卑轉移支路電力電子開關卑卑M O VM O V混合式直流斷路器M O V分斷原理：正常運行時，主支路機械開關和主支路電子開關通流；收到跳閘指令，轉移支路I G 22、B T 導通，主支路I G B T 模塊閉鎖，電流流入轉移支路，此時主支路快速機械開關零電壓、零電流分斷；快速機械開關達到設定開距后，轉移支路I G B T 閉鎖；待模塊電容電壓達到M O V 動作電壓后，故障電流轉入耗能支路，M O V 將電流限制到零，開斷完成。2 15 0 0 k V 混合式直流斷路器關鍵組部件國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司用于在各種暫穩態工況下實現直流5 0 0 k V高電位供能，絕緣及均壓設計難度高。供能變壓器用于吸收系統短路容量，均壓均流設計難度大。用于主支路I G B T散熱，絕緣及可靠性要求23、高。水冷系統混合式直流斷路器整機用于正常通流以及故障電流轉移后形成斷點，在極短時間內分斷并耐受高電壓，設計難度大。快速機械開關采用模塊化設計，用于電流轉移和分斷，短時電流耐受要求高。電力電子組件斷路器控保裝置用于監測直流斷路器電氣、機械、冷卻系統和供能系統狀態等信息，實時性要求高。2 2直流斷路器-快速機械開關國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司快速機械開關單斷口一次電流彈簧觸指觸頭座保持機構緩沖裝置口采用1 0 個真空斷口串聯設計，串聯不均壓系數小于1 0%;口分斷2 m s 能夠耐受9 2 0 k V 電壓，分斷速度快；口分24、閘動作時間偏差小于0.2 m s,一致性高；口 控制系統采用冗余設計，本體采用液壓緩沖、雙穩態彈簧保持裝置，保障5 0 0 0 次以上動作壽命，可靠性高。快速機械開關結構原理圖2 3直流斷路器-電力電子模塊主支路電力電子模塊口主支路電力電子開關采用4 5 0 0 V/3 0 0 0 A 壓接型I G B T。整體采用多串多并式結構，每個模塊配一個旁路開關用于后備保護。口主支路I G B T 配置循環水冷卻系統。國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司轉移支路電力電子模塊口 轉移支路電力電子開關采用4 5 0 0 V/3 0 0 0 25、A 壓接型I G B T。口轉移支路半導體組件采用二極管全橋模塊串聯設計，整體為模塊化、陣列式分層布置結構。2 4直流斷路器-供能系統層間隔離變壓器單元頂層均壓環壓器輸出端1 C C K V 隔離變板卡板卡壓羽容器柱繼緣子屏蔽罩斜拉絕緣子板卡板卡變壓輸入端康座底部5 0 0 k 變壓器環形電流互感器國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司 供能系統整體呈樹形分布，負載有：主支路、轉移支路半導體組件內部I G B T 控制板；主支路快速機械開關控制柜。口 供能系統特點：斷路器塔下及層間供能變壓器均采用干式變壓器多級串聯結構，通過阻容均26、壓將高電壓平均分配給各級變壓器；配合分布式環形電流互感器，可以有效對各級負載進行隔離供電，同時無油、無S F?氣體，可靠性高。2 5國家電網S T A T E G R I D直流斷路器-控制保護系統南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司口 控制功能：完成直流斷路器快速分閘、合閘及重合閘功能。口 保護功能：檢測直流斷路器的運行信息，發出直流斷路器的過流、冗余丟失、冷卻裝置故障等快速保護命令。保護類別保護功能保護層三取二層保護系統1(B P R I)保護系統2(B P R 2)保護系統3(B P R 3)三取二1(B 2 F _ 1)三取二2(B 2 F _ 2)主控單元A(27、B C U _ A)主控單元B(B C U _ B)本體過流保護三取二架構本體過流保護功能主支路過流保護轉移支路過流保護合閘過流保護組部件冗余保護功能快速機械開關冗余保護主支路電力電子開關冗余保護轉移支路電力電子開關冗余保護控制系統冗余保護輔助設備保護功能冷卻系統故障保護供能系統故障保護2 6直流斷路器-監視系統國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司口 監視功能：監視各支路電流、快速機械開關、I G B T 模塊、M O V 組件、水冷系統、供能系統等關鍵設備的運行狀態，用于實現后臺記錄、顯示及故障診斷等功能。供能變壓器M O V28、 組件水冷系統快速機械開關旁路開關監視功能主/轉移支路I G B T 組件光C T斷路器控保裝置監視設備監視內容快速機械開關控制板狀態；開關狀態；儲能電容狀態；操作計數；通信狀態；主轉移支路I G B I 模塊控制板狀態；I G B T 狀態；驅動板狀態；通信狀態；主支路旁路開關控制板狀態；開關狀態；儲能電容狀態；通信狀態；M O V 組件擊穿故障；動作次數；水冷系統水壓、水流量、通信狀態供能系統U P S 工作狀態；輸入輸出監視；供能變溫度；各支路電流主轉移支路、耗能支路電流大小2 7直流斷路器-型式試驗序號試驗對象試驗項目直流電壓耐受及局放試驗1操作沖擊試驗2斷路器支架對地雷電沖擊試驗3直29、流暫時耐壓試驗4直流電壓耐受試驗5斷路器端間操作沖擊試驗6濕態直流耐壓試驗8主支路最大連續運行電流試驗9主支路過負荷電流試驗1 0主支路主支路短時電流耐受試驗1 1開斷電流試驗1 2快速機械開關動態耐受試驗1 31 4轉移支路短時電流耐受試驗轉移支路開斷電流試驗1 5小電流開斷試驗1 6額定電流開斷試驗1 7斷路器整機短路電流開斷試驗1 8額定電流關合試驗1 92 0重合閘試驗國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司3 70 i i t/L 6冗余丟失情況下直流斷路器分斷2 5 k A 電流試驗波形為驗證直流斷路器設備極端運行情況下30、短路電流分斷能力，開展了直流斷路器冗余丟失開斷試驗。在主支路快速機械開關、主支路和轉移支路電力電子模塊的冗余組件均短接情況下，直流斷路器在2.6 m s 內成功分斷2 5 k A 電流。2 8匯報提綱國家電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司一、張北工程概況二、關鍵設備研制三、技術經濟性淺談四、總結與展望2 9國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司方案一全橋M M C(或混合M M C)+直流機械開關方案方案二半橋M M C+直流斷路器維度系統運行特性核心技術設備直流故障31、穿越(針對架空線路高故障率)與L C C-H V D C 兼容性(針對遠距離大容量)關鍵技術設備研發設備綜合造價口 張北工程為基于架空線的柔性直流電網，針對兩類方案，從系統運行特性和核心技術設備兩個維度進行簡要的技術經濟性比較。3 0系統運行特性口 直流故障穿越系統動作時序造成全網功率中斷國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司舉例1:系統中某條直流線路發生暫時性故障全橋M M C 或混合M M O)+直流機械開關閉鎖故障穿越無閉鎖故障穿越半橋M M C+直流斷路器故障清除階段故障識別、定位與閉鎖(或降壓)(6-1 0 m s)(全32、部換流站閉鎖)(全部換流站降低直流電壓至0)(無換流站閉鎖)直流側開關斷開(約3 m s)(故障線路開斷)系統恢復階段直流側開關閉合(約3 m s)(故障線路重合閘)換流器解鎖+功率恢復(約1 0 0-1 0 0 0 m s)(全部換流站解鎖并從0 恢復直流電壓和功率)(全部換流站從恢復直流電壓和功率)合計最短時間(不包含故障持續時間和去游離時間)約1 0 6 m s約1 0 6 m s約1 2 m s3 1系統運行特性口 直流故障穿越系統動作時序造成全網功率中斷國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司舉例2:系統中某條直流線路發生33、永久性故障全橋M M C 或混合M M O)+直流機械開關閉鎖故障穿越無閉鎖故障穿越半橋M M C+直流斷路器故障清除階段故障識別、定位與閉鎖(或降壓)(6-1 0 m s)(全部換流站閉鎖)(全部換流站降低直流電壓至0)(無換流站閉鎖)直流側開關斷開(約3 m s)(故障線路開斷)(故障線路開斷)(故障線路開斷)系統恢復階段直流側開關閉合(約3 m s)換流器解鎖+功率恢復(約1 0 0-1 0 0 0 m s)(全部換流站解鎖并從0 恢復直流電壓和功率)(全部換流站從0 恢復直流電壓和功率)合計最短時間(不包含故障持續時間和去游離時間)約1 0 9 m s約1 0 9 m s約9 m s334、 2系統運行特性口 直流故障穿越故障影響范圍國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司全橋M M C(或混合M M C)+直流機械開關橫向對比半橋M M C+直流斷路器故障期間非故障線路多端直流系統所受影響站1站2站2站1系統節點持續進行功率輸送站3站3非故障線路x 非故障線路縱向對比功率節點x 功率節點功率節點受故障線路影響站1站2站1站2直流電網站4站4站3站3x 非故障線路非故障線路功率節點非故障線路不中斷功率輸送功率節點3 3國家電網S T A T B G R I D系統運行特性南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞35、科技有限公司口 與L C C-H V D C 兼容性分析運行降壓/半壓單閥組直流故障電流無閉鎖潮流反轉模式運行在線投退故障穿越陽斷能力電壓不變電流基于架空線的柔直系統通常應用于遠距離大容量輸電場景，必要時可能需配合L C C 形成混合直法玄位閉鎖后無故通過控制直流外特性直流電壓0-1 p.u.連續調節反向或電流不障電流通路電壓穩定為0變電壓反向直流電壓最大反直流變口口系統運行特性小結：;召口 當直流系統節點數較少、架構較為簡單時，兩種方案均具有一定的適用性；口 當直流系統節點數較多、潮流路徑具有冗余時，建議采用直流斷路器應對直流側故障；口 當系統中涉及到同L C C 的協同運行時，建議換流閥采36、用全橋型M M C(或比例適當的子模塊混合型M M C)。容 張北工程為四端環狀電網，且所有節點均為柔直換流閥，從系統運行特性方面對比，半橋M M C+直流斷路器方案更具優勢。3 4核心技術設備國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司相關核心技術設備方案一：全橋M M C(或混合M M C)+直流機械開關方案二：半橋M M C+直流斷路器換流裝置5 0 0 k V 全橋M M C 換流閥或混合M M C換流閥5 0 0 k V 半橋M M C 換流閥直流開斷裝置5 0 0 k V 快速直流機械開關5 0 0 k V 直流斷路器控制保37、護技術全橋或混合M M C 控制與保護技術直流電網超高速保護技術3 5核心技術設備國家電網S T A T E G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司口 張北工程采用四端環網對稱雙極接線方式，斷路器配置為簡化單母線接線口 系統中共需要5 0 0 k V 換流閥8 臺，直流斷路器1 6 臺*以張北系統參數為例開關器件與儲能元件所需I G B T 器件：方案-(以純全橋為例):研發周期與相關配件采用方案二將需要從基礎理論T 工T T 山c o n L 亡N C n 6系統拓展系統藝占數不變情況下 每增核心技術設備小結：口 方案二中直流斷路器作為全新的復雜設備，其研38、發成本和造價較高，進而導致方案二的整體成本較高。萬染一與刀殺二陰用數里但問流機械開關。3 6匯報提綱國家電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司一、張北工程概況二、關鍵設備研制三、技術經濟性淺談四、總結與展望3 7總結與展望國家電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司全橋或混合M M C 方案可實現遠距離大容量輸電需求下的L C C 協同運行，在綜合設備造價方面具有明顯優勢；直流斷路器在復雜電網結構下應對直流故障更具技術優勢；對于張北這一多端環網工程，半橋M M C+直流斷路器方案更具技術優勢，但成本較高；張北工程5 0 0 k V 柔直換流閥和直流斷路器等關鍵設備均為國際首創，帶動相關領域裝備制造業技術發展與進步；張北工程計劃于2 0 1 9 年1 2 月投運，工程的建成，對促進能源轉型與綠色發展、服務北京低碳綠色冬奧會、推動高壓柔直裝備技術創新等具有重大意義!3 8國家電網S T A T B G R I D南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司謝 謝!