±800kV云广直流输电工程平波电抗器参数选择和布置

21ic智能电网：摘要： 为抑制直流输电系统扰动引起的直流电流上升速度，避免轻载时发生直流电流断续，以及降低直流侧谐波，需要在换流器直流侧出口装设平波电抗器。笔者根据±800 kV云广直流输电系统主回路结构，详细计算了平波电抗器的电感参数;特高压直流输电系统由于采用特殊的换流器联络结构，其平波电抗器布置不同于±500 kV超高压直流输电系统。文中搭建了基于PSCAD/EMTDC的云广特高压直流输电模型，从谐波特性、直流操作过电压等方面对3种平波电抗器布置方案进行了仿真对比研究，其结果对实际工程具有一定的指导意义。

0 引言

云南—广东±800 kV 特高压直流输电工程是世界上第1 条±800 kV 直流工程， 其成功投运和稳定运行在世界直流输电史上具有开创性意义。直流输电主回路参数设计是直流输电系统设计的主要部分，关系到整个系统的运行性能和经济技术指标[1-3]。换流器出口处的平波电抗器作为直流输电工程中重要的一次设备，其主要作用为：降低直流侧电流谐波和电压脉动成分， 避免在低直流功率传输时电流的断续;限制电流突变来降低换相失败率[4-7]。

平波电抗器的电压和电流额定值是根据直流主回路确定的，因此对平波电抗器的参数选择，主要考虑其电感取值。从平波电抗器抑制扰动时直流电流上升速度和防止轻载时直流电流断续的要求来看，其电感值越大越好，但由于电抗器是一个惯性环节，电感的增大会使电流突变时电抗器的过电压增加，还会导致直流输电系统自动调节速度下降， 增加电抗器费用。因此在满足主性能的前提下， 电感值越小越好。平波电抗器电感值的选择需要综合考虑多方面因素加以权衡[3]。

与传统的±500 kV 直流输电工程不同，±800 kV云广直流输电工程采用单极双12 脉动换流器串联(400 kV+400 kV)的运行接线方式[8]。其平波电抗器的布置方案也不同于传统直流工程的只在极母线上装设电抗器的方法。目前云广工程采用的是分别在极母线和中性母线上装设1 组平波电抗器的布置方案。由于当前特高压直流输电缺乏设备制造和实际运行经验，新的电抗器布置方案的优点和不足需要通过长时间的运行效果来检验。

笔者在云广特高压直流工程的主回路结构参数和实际运行工况的基础上，详细计算平波电抗器的电感参数，并针对3 种不同的平波电抗器布置方案搭建了基于PSCAD/EMTDC 的云广特高压直流输电系统电磁暂态模型，通过对系统的稳态、暂态运行特性进行仿真分析，对比关键测点的最大持续运行电压峰值(以下简称PCOV)和在典型操作过程中的暂态过电压数值，揭示平抗的布置方案和系统运行特性的内在联系，为云广特高压直流输电工程的设计和运行维护提供可以参考的依据。

1 特高压直流输电平波电抗器的电感值选择

文[9]指出，防止直流电流断续这一因素对于平波电抗器电感大小的选择不起决定作用， 因此，限于篇幅，文中只考虑将抑制扰动时直流电流突变作为选择平波电抗器电感值的依据。直流输电系统发生扰动时直流电流上升速度过快可能引起逆变侧换相失败。假设逆变侧交流电压不变，在换相开始时刻，逆变器1 个桥发生故障，导致直流侧电压在持续时间为Δt 的换相过程中下降ΔUd，并假设定熄弧角控制器调节误差为1°，则满足不发生换相失败条件的直流系统等值电感L1为

式(2)、(3)中：Is为换流器两相短路的短路电流;γN为逆变器额定熄弧角;IdN是额定直流电流。

根据±800 kV 云广特高压直流输电工程额定工况和一次设备参数，已知：整流侧额定电压UdNr为800 kV，IdN为3.125 kA，γN和γmin分别为18°和7°，逆变侧换流变压器短路阻抗uk为18.5%;考虑到云广直流输电双极线路的实际参数和互感， 有：LL≈195 mH，线路电阻RL=10 Ω。

与平波电抗器的电抗相比，交流系统等值阻抗可忽略不计，因此两相短路电流Is近似计算为(单位为kA)

代入式(3)，得到βN约为39°， 再代入式(2)， 解得：ΔId=0.659 2 kA。

已知逆变侧直流电压UdNi=UdNr-RlIdN=768.75 kV，故单桥额定直流电压ΔUd=UdNi/4=192.187 5 kV，将上述结果代入式(1)，解得L1≈503 mH，从而得：Ld≈308 mH。

由于计算过程中忽略了控制系统的影响，再考虑到一定的裕度，实际工程的平波电抗器的电感取300 mH 是完全合理的。

2 3 种不同的云广特高压直流工程平波电抗器布置方案

中国已投运的±500 kV 直流输电工程均采用单极2 个6 脉动换流桥串联组成1 个12 脉动换流器的联络结构，且平波电抗器全部装设在换流器出口处的极母线上。由于特高压直流输电工程单极额定直流电压达到800 kV，为了降低单个换流变和换流阀的绝缘水平和制造成本，同时满足多种运行形式和操作方式的需要，云广特高压直流输电工程采用单极双12 脉动串联的运行接线方式。由于联络结构的改变，其平波电抗器的布置方案也需要重新考虑，如果采用传统的平波电抗器方案(以下简称方案1)，其联络结构见图1。

由于特高压直流输电电压等级高， 输送容量大，其对减小谐波对电气设备应力的影响[10]和系统的过电压绝缘配合有更高的要求，因此，需要对传统的平波电抗器布置方案进行重新评估。目前有2种不同的平波电抗器布置方案被提出，1 种方案为平波电抗器分成相等的2 部分，分别装设在极母线和中性母线上(以下简称方案2)，见图2。