Design Method of Flexible DC Bridge Arm Reactors for Lightweight Offshore Converter Station

WANG Yanfeng; WANG Liuhuo; LEI Xiangsheng; SHI Shihong; LIU Sheng

doi:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.012

English Version Journal Login

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Design Method of Flexible DC Bridge Arm Reactors for Lightweight Offshore Converter Station

New Energy & Microgrid | 更新时间：2026-09-16

- Design Method of Flexible DC Bridge Arm Reactors for Lightweight Offshore Converter Station
- Southern Power System Technology Vol. 20, Issue 8, Pages: 134-142(2026)
- 作者机构：
  
  1.广东电网有限责任公司电网规划研究中心，广州 510080
  2.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(U1766213)
- DOI：10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.012
  CLC： TM47;TM72
- Received：04 September 2024，
  
  Online First：20 February 2025，
  
  Published：20 August 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
王彦峰,王流火,雷翔胜等.面向轻型化海上换流站的柔性直流桥臂电抗器设计方法[J].南方电网技术,2026,20(08):134-142.

WANG Yanfeng,WANG Liuhuo,LEI Xiangsheng,et al.Design Method of Flexible DC Bridge Arm Reactors for Lightweight Offshore Converter Station[J].Southern Power System Technology,2026,20(08):134-142.
王彦峰,王流火,雷翔胜等.面向轻型化海上换流站的柔性直流桥臂电抗器设计方法[J].南方电网技术,2026,20(08):134-142. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.012.

WANG Yanfeng,WANG Liuhuo,LEI Xiangsheng,et al.Design Method of Flexible DC Bridge Arm Reactors for Lightweight Offshore Converter Station[J].Southern Power System Technology,2026,20(08):134-142. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.012.

摘要

柔性直流换流平台关键设备轻型化是实现海上风电经济高效送出的关键问题。从现有柔性直流换流站的桥臂电抗器设计方案出发，提出了柔直变压器复用型桥臂电抗器和分布式桥臂电抗器两种轻型化桥臂电抗器方案，并且阐述了两种轻型化方案桥臂电抗参数的设计方法。基于PSCAD/EMTDC仿真软件分别建立了采用两种轻型化桥臂电抗器方案的海上风电经伪双极柔性直流送出系统模型，对比分析了轻型化桥臂电抗器方案和传统桥臂电抗器方案的系统稳态特性和暂态特性。结果表明，发生直流双极短路故障后，采用两种轻型化桥臂电抗器方案的桥臂电流最大值不超过1.2 p.u.，且子模块电容电压不会大幅下降。当换流器闭锁时，轻型化桥臂电抗器方案的变压器阀侧电压与传统桥臂电抗器方案相比更低。

Abstract

The key equipment lightweight of the flexible DC converter platform is a crucial problem for achieving economically efficient offshore wind power transmission. Starting from the existing design scheme of bridge arm reactors in the flexible DC converter valve

two lightweight bridge arm reactor schemes

namely the multiplexing and the distributed bridge arm reactor of flexible DC transformer are proposed. The design methods for bridge arm reactor parameters of two lightweight schemes is also elucidated. Based on PSCAD/EMTDDC simulation software

the models of the offshore wind power pseudo-bidirectional flexible DC transmission system based on two lightweight bridge arm reactor schemes are established

separately. And the steady-state and transient characteristics of lightweight bridge arm reactor schemes and the traditional bridge arm reactor schemes are compared and analyzed. The results indicate that after the DC double-pole short-circuit fault occurs

the maximum bridge arm current using two lightweight bridge arm reactor schemes does not exceed 1.2 p.u.

and there is no significant drop in sub-module capacitor voltage. Further more

when the converter is locked

it shows that the transformer valve-side voltage of the lightweight bridge arm reactor scheme decreases significantly compared to that of traditional bridge arm reactor schemes.

关键词

Keywords

references

蔡旭，杨仁炘，周剑桥，等 . 海上风电直流送出与并网技术综述［J］ . 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 2 - 22 .

CAI Xu ， YANG Renxin ， ZHOU Jianqiao ， et al . Review on offshore wind power integration via DC transmission ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 2 - 22 .

刘卫东，李奇南，王轩，等 . 大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望［J］. 中国电力， 2020 ， 53 （ 7 ）： 55 - 71 .

LIU Weidong ， LI Qinan ， WANG Xuan ， et al . Application status and prospect of VSC-HVDC technology for large-scale offshore wind farms ［J］. Electric Power ， 2020 ， 53 （ 7 ）： 55 - 71 .

DENG J ， CHENG F ， YAO L ， et al . A review of system topologies， key operation and control technologies for offshore wind power transmission based on HVDC ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2023 ， 17 （ 15 ）： 3345 - 3363 .

DEBNATH S ， QIN J ， BAHRANI B ， et al . Operation， control， and applications of the modular multilevel converter： a review ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 1 ）： 37 - 53 .

徐进，韦古强，金逸，等 . 江苏如东海上风电场并网方式及经济性分析［J］. 高电压技术， 2017 ， 43 （ 1 ）： 74 - 81 .

XU Jin ， WEI Guqiang ， JIN Yi ， et al . Economic analysis on integration topology of rudong offshore wind farm in Jiangsu province ［J］. High Voltage Engineering ， 2017 ， 43 （ 1 ）： 74 - 81 .

DolWin 5［ EB/OL ］// TenneT . ［ 2024 - 07 - 22 ］. https：//www.tennet.eu/projects/dolwin5.

常怡然，蔡旭 . 低成本混合型海上风场直流换流器［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5821 - 5828，5939 .

CHANG Yiran ， CAI Xu . Cost-effective hybrid HVDC converter for offshore wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5821 - 5828，5939 .

甘慧辰，肖晃庆，黄莹 . 用于海上风电的DRU-MMC混合换流器控制策略和容量选取［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 21 ）： 28 - 37 .

GAN Huichen ， XIAO Huangqing ， HUANG Ying . Control strategy and capacity selection of DRU-MMC hybrid converters for offshore wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 21 ）： 28 - 37 .

俞露杰，付子玉，朱介北，等 . 远海风电DRU-HVDC送出系统构网控制与启动方法综述［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 24 ）： 63 - 79 .

YU Lujie ， FU Ziyu ， ZHU Jiebei ， et al . Review on grid-forming control and start-up method of diode-rectifier-unit based HVDC transmission system for remote offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 24 ）： 63 - 79 .

TANG Y ， ZHANG Z ， XU Z . DRU based low frequency AC transmission scheme for offshore wind farm integration ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 3 ）： 1512 - 1524 .

TANG Y ， CHEN M ， RAN L . A compact MMC submodule structure with reduced capacitor size using the stacked switched capacitor architecture ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 10 ）： 6920 - 6936 .

XIAO H ， GAN H ， DONG Y ， et al . Control and capacity design of station-hybrid HVDC system with DRU and MMC in parallel for offshore wind power integration ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2024 ， 39 （ 3 ）： 1783 - 1793 .

郑全旭，孙小平，娄彦涛，等 . ±500 kV海上柔直换流阀轻型化设计及仿真分析［J］. 高压电器， 2023 ， 59 （ 6 ）： 188 - 201 .

ZHENG Quanxu ， SUN Xiaoping ， LOU Yantao ， et al . Lightweight design and simulation analysis of ±500 kV offshore VSC converter valve ［J］. High Voltage Apparatus ， 2023 ， 59 （ 6 ）： 188 - 210 .

傅守强，张立斌，李红建，等 . 高压大容量柔性直流电网换流站阀厅空气净距计算及紧凑化布局设计［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 1 ）： 10 - 18 .

FU Shouqiang ， ZHANG Libin ， LI Hongjian ， et al . Air clearance calculation and compacting layout design of valve hall in converter station of VSC-HVDC grid with high voltage and large capacity ［J］. Electric Power ， 2021 ， 54 （ 1 ）： 10 - 18 .

刘生 . 大容量海上柔性直流换流站紧凑型布置研究［J］. 南方能源建设， 2021 ， 8 （ 1 ）： 45 - 50 .

LIU Sheng . Research on compact layout of large capacity offshore flexible DC converter station ［J］. Southern Energy Construction ， 2021 ， 8 （ 1 ）： 45 - 50 .

王赞，詹银，梅念，等 . 柔性直流换流站阀厅布置方案研究［J］. 高压电器， 2017 ， 53 （ 1 ）： 57 - 63 .

WANG Zan ， ZHAN Yin ， MEI Nian ， et al . Research on valve hall layout for HVDC flexible converter station ［J］. High Voltage Apparatus ， 2017 ， 53 （ 1 ）： 57 - 63 .

李元贞，袁艺嘉，孔明，等 . 不同桥臂电抗配置海上风电柔直换流站暂态应力与绝缘配合对比［J］. 全球能源互联网， 2022 ， 5 （ 3 ）： 298 - 307 .

LI Yuanzhen ， YUAN Yijia ， KONG Ming ， et al . Comparison study on transient stresses and insulation coordination on offshore VSC-HVDC converter station considering different arm reactor arrangements ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2022 ， 5 （ 3 ）： 298 - 307 .

钟建英，冯健，程铁汉，等 . VSC-HVDC系统直流电抗器与直流断路器参数匹配特性［J］. 南方电网技术， 2019 ， 13 （ 11 ）： 51 - 60 .

ZONG Jianying ， FENG Jian ， CHENG Tiehan ， et al . Parameter matching characteristics of DC reactor and DC circuit breaker in VSC-HVDC system ［J］. Southern Power System Technology ， 2019 ， 13 （ 11 ）： 51 - 60 .

晁武杰，唐志军，林国栋，等 . 基于桥臂电抗器耦合的MMC-HVDC系统故障过流抑制方法［J］. 电测与仪表， 2023 ， 60 （ 12 ）： 111 - 116 .

CHAO Wujie ， TANG Zhijun ， LIN Guodong ， et al . Fault over-current suppression method for MMC-HVDC system based on bridge arm reactor coupling ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2023 ， 60 （ 12 ）： 111 - 116 .

李钰，李帅，赵成勇，等 . 采用电抗子模块分段投切的模块化多电平换流器降电容方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 19 ）： 90 - 97 .

LI Yu ， LI Shuai ， ZHAO Chengyong ， et al . Capacitance reduction methods for modular multilevel converter by dynamically switching reactor submodule ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 19 ）： 90 - 97 .

李帅，屈海涛，赵成勇，等 . 采用桥臂电抗投切控制的MMC降电容运行方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 85 - 93 .

LI Shuai ， QU Haitao ， ZHAO Chengyong ， et al . Operation method for MMC capacitance reduction with arm reactor switching control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 85 - 93 .

孙勇，刘青松，谷裕，等 . ±800 kV特高压柔性直流桥臂电抗器设计方法［J］. 高压电器， 2023 ， 59 （ 11 ）： 217 - 223 .

SUN Yong ， LIU Qingsong ， GU Yu ， et al . Design method of bridge arm reactor for ±800 kV UHV flexible DC ［J］. High Voltage Apparatus ， 2023 ， 59 （ 11 ）： 217 - 223 .

侯启鑫，李庆民，邹亮，等 . 桥臂电抗器轴向分割结构的优化设计方法［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3946 - 3954 .

HOU Qixin ， LI Qingmin ， ZOU Liang ， et al . Optimized methodology of axial partition structure for bridge arm reactor ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3946 - 3954 .

陈鸣，刘水，钟振鑫 . 二极管钳位三电平有源电力滤波器超螺旋滑模控制策略［J］. 广东电力， 2025 ， 38 （ 3 ）： 69 - 77 .

CHEN Ming ， LIU Shui ， ZHONG Zhenxin . The super twisting sliding mode control strategy for diode clamped three-level active power filters ［J］. Guangdong Electric Power ， 2025 ， 38 （ 3 ）： 69 - 77 .

张大维，尹渭，贾慧，等 . 改进的不对称三电平快速模型预测控制算法［J］. 电测与仪表， 2024 ， 61 （ 9 ）： 190 - 196 .

ZHANG Dawei ， YIN Wei ， JIA Hui ， et al . An improved asymmetric three-level F-MPC algorithm ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2024 ， 61 （ 9 ）： 190 - 196 .

徐政，肖晃庆，张哲任 . 模块化多电平换流器主回路参数设计［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 8 ）： 2514 - 2527 .

XU Zheng ， XIAO Huangzing ， ZHANG Zheren . Design of main circuit parameters of modular multilevel converters ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 8 ）： 2514 - 2527 .

徐政 . 柔性直流输电系统［M］. 2版 . 北京：机械工业出版社， 2017 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Correction Method of Noise Directivity for Power Capacitor Towers in Converter Stations

Influencing Factors and Construction Principles of Topology Selection for Large-Scale Offshore Wind Power HVDC Direct Transmission to Load Centers

Lyapunov Function Control Strategy of Hexverter Converter for Low Frequency Offshore Wind Power

Hybrid Energy Storage Capacity Optimization of Offshore Wind Farms Considering Wind Power Uncertainty

Optimization Strategy of Disaster Resistance and Electricity Restoration in Distribution Network Under Typhoon and Rainstorm Disasters

Related Author

HUANG Runhong

LI Ming

LIU Yang

GUO Xiaoyi

WEI Chengzhi

ZHANG Fuzeng

LI Feng

LIU Lang

Related Institution

Electric Power Research Institute

School of Electrical Engineering, Zhejiang University

Grid Planning & Researching Center of Guangdong Power Grid Co., Ltd.

TBEA Sunoasis Co., Ltd., Xi′an

Grid Planning and Research Center, Guangdong Power Grid Co., Ltd.

AI问答

⁰