Controllable and Adaptive Energy Absorption Device for Hybrid Cascaded UHVDC Transmission System
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摘要: 混合级联型直流输电技术兼具传统直流输电和柔性直流输电的优点，有效扩展了直流输电系统的适用范围，必将成为未来大规模、远距离、大容量输电的一个发展方向。该文针对该系统运行中故障态存在的过压等特殊工况，首次提出一种大容量可控自恢复消能装置来提升系统暂态特性，所提方案具有运行过程中不产生谐波、控制策略相对简单和可耐受大电流冲击等优点。相对于斩波型电阻消能装置，该装置具有成本低、电压/电流变化率低、电磁兼容(excellent electromagnetic compatibility，EMC)性能好等显著优势。电磁暂态仿真结果表明所提方案可有效解决混合直流输电系统中的直流过压难题，提升直流系统运行可靠性。Abstract: Multi-infeed cascaded hybrid series-connected DC transmission technology combines the advantages of line commutated converters and voltage sourced converters. Hybrid DC transmission is expected to play an important role in future power transmission systems. Aiming at the special operating conditions such as over-voltage in the operation of this system, this paper proposed a large-capacity new controllable and adaptive energy absorption device to improve the transient characteristics of a hybrid HVDC system for the first time. This novel device generates no harmonic voltage during its operation, the C & P strategy adopted is simple and this device could withstand high current. Compared to chopper-based resistance braking equipment, the proposed equipment has some significant advantages, including low cost, low change rate of voltage\current, excellent electromagnetic compatibility (EMC) performance and etc. The simulation results show that the device can effectively solve the DC overvoltage problem in hybrid DC transmission systems and improve the reliability of DC system.
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Keywords:
- UHVDC /
- LCC-HVDC /
- VSC-HVDC /
- hybrid DC transmission /
- energy absorption device /
- arrester
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0. 引言
混合级联特高压直流输电技术兼具传统直流输电和柔性直流输电的优点，在特定条件下可表现出比传统直流和柔性直流技术更优越的技术性能[1-2]。文献[3]阐述了一种混合级联特高压直流输电系统的拓扑结构，该方案送端为双极四组换相换流器(line commutated converter，LCC)，受端高端为每极一组LCC换流器，受端低端为多个VSC换流器并联。混合级联特高压直流输电工程比柔性直流具有更低廉的造价和更广泛的应用场景，具有良好的稳态及暂态特性，有效扩展了直流输电系统的适用范围，将成为未来大规模、远距离、大容量输电的一个发展方向[4-6]。
混合级联直流中受端交流系统发生短路故障时，造成能量输送受阻，而送端在短时间内通常难以快速响应，造成受端系统暂时功率盈余，该盈余功率可能造成设备损坏、健全换流器闭锁等衍生故障。为此，混合级联特高压直流系统必须配置暂态能量消能装置以便疏解交流系统短路故障时系统中的盈余功率。
文献[7-8]提出一种应用海上风电送出系统的消能装置，总体思路是应用全控型电力电子器件投切大功率电阻实现能量消耗。此类消能装置一般应用于传输功率在1000MW及以下的柔性直流输电工程。若应用于特大功率的混合级联直流工程，其动作后需要长时间导通的电流较大(通常高于6kA)，远大于单串IGBT阀组的最大电流耐受能力。若采用多串IGBT阀组并联，则存在不同阀组间动作同步性及均流一致性等问题。大量IGBT串并联方案存在谐波大，电压电流变化率高，电磁骚扰强等问题。而且大量IGBT串联驱动控制、均压控制难度极大，同时采用大量全控器件，成本通常较高，经济性差。
文献[9]提出一种可控避雷器方案，并被应用于抑制雷击和操作过电压。该设备无法满足混合级联特高压直流输电系统中故障期间所面临的长时间、大容量的消能需求。
文献[10]提出适用于张北柔性直流工程的消能装置。该装置配置于系统的送端交流侧，不能满足远距离直流输电系统的耗能响应速度需求。同时，该装置采用基于降压变压器、晶闸管与消能电阻串联的方案，若直接应用于直流系统中，由于直流电流的持续馈入，导致该消能装置投入后晶闸管无法主动关断、装置不能安全可靠退出。因此该装置不能满足直流系统的消能需求。
针对高压大容量混合级联高压直流输电系统暂态消能需求与现有消能技术不相匹配的问题，本文系统地研究了混合级联特高压直流输电系统暂态过程中的消能需求，并提出一种适用于该系统的消能解决方案。本文共分4个部分：
1) 系统分析了混合级联特高压直流输电系统受端交流系统的暂态故障特性及消能需求，并提出了一种基于晶闸管控避雷器的可控自恢复消能装置拓扑方案;
2) 深入研究了所提消能装置的主参数设计方法以及控制保护系统基本构架和动作时序;
3) 基于PSCAD/EMTDC搭建了混合直流及消能装置的仿真模型，并验证了受端交流电网故障以及受端VSC阀侧故障情况下消能装置的有效性。
4) 搭建了含可控自恢复消能装置的混合直流系统物理动模平台，并验证了受端交流系统故障工况下消能装置的功能和有效性。
1. 混合级联系统中消能装置的配置方案
1.1 混合级联直流系统
混合级联直流系统典型拓扑结构如图 1所示(单极)[11-12]。该系统中，送端换流站为传统高、低端双12脉动电流源型换流器LCC，受端换流站为高端单12脉动LCC串联低端3个电压源型换流器(voltage source converter，VSC)。混合级联直流单极系统的额定电压为800kV，功率为4000MW。受端换流站主回路参数详见附表A1。
可控自恢复消能装置设置在受端并与低端VSC换流器并联。运行中可能发生：1)LCC换流器换相失败、功率无法馈入交流电网; 2)VSC换流器接入的受端电网发生近区短路造成功率输送受阻; 3)VSC换流器因内部故障紧急闭锁等各类故障工况。此时，由于系统传输距离远，送端换流站通常难以在百毫秒时间内完成功率急降，因此系统中将形成功率盈余，如果不对盈余功率进行泄放消纳，则该功率将会持续向VSC阀组中的电容进行充电从而导致VSC子模块过压旁路闭锁，影响系统正常运行。因此，为了避免过压造成VSC换流器全局闭锁，有必要在VSC两端配置消能装置以便泄放系统的暂态盈余功率。
1.2 可控自恢复消能装置基本结构
本文所提消能装置配置在受端低压端直流极线上，其拓扑结构如图 2所示，由保护用避雷器、晶闸管触发开关(K0)、快速机械开关(K1)、慢速机械开关(K2)以及保护用旁路开关等部分组成。正常运行时，晶闸管触发开关(K0)、快速开关K1以及慢速开关K2均处于开断状态，避雷器(MOA1、MOA2)串联接入系统，其持续最大运行电压选择与常规避雷器相同。当故障发生后，直流电压升高至设定阈值后，同时触发晶闸管触发开关(K0)、快速机械开关K1以及慢速机械开关K2，将可控部分(MOA2)短路，快速降低避雷器保护水平，系统盈余能量被保护用避雷器的固定部分(MOA1)吸收。在系统故障清除后依次断开快速机械开关K1和慢速机械开关K2，消能装置退出运行。保护用旁路开关(bypass switch，BPS)在系统正常状态下永为开断状态，只在晶闸管触发开关K0、快速机械开关K1及慢速机械开关K2合闸失败或避雷器能量越限等情况下闭合BPS，将可控自恢复消能装置组旁路，实现对消能装置的保护。可控自恢复消能装置主要包括以下3个部分：
1) 晶闸管/机械组合开关。组合开关在故障状态下需要在5ms内关合，同时需要在故障结束后分断流过避雷器的漏电流。它由晶闸管K0、快速机械开关K1以及慢速机械开关K2构成，如图 2所示。当可控自恢复消能装置的控制保护系统检测到直流过压后，同时对晶闸管K0、快速开关K1及慢速开关K2发出合闸触发指令。在收到合闸指令后，晶闸管K0在1ms内实现通流导通，快速开关K1在5ms内实现合闸而慢速开关K2则在30ms内合闸。因此，该方案可以实现在接收控保指令后1ms内导通。当机械开关K1和K2合闸成功后，晶闸管电流将向K1与K2转移，从而实现晶闸管的关断。在故障结束后，依次分断快速机械开关K1和慢速机械开关K2以便切断避雷器的漏电流，同时恢复避雷器堆的正常额定电压。
2) 高性能、大容量避雷器组。本文提出的高能量避雷器与交流电网用可控避雷器[9-14]差别较大。交流电网中用可控避雷器只需要应对持续时间为毫秒级操作过电压，因此单次能量吸收量总量相对较小。然而应用于混合直流中的可控自恢复消能装置需要应对时长达百毫秒级的系统短路故障，因此混合直流中避雷器的单次吸能需求(本文中约200MJ)，相比常规交流可控避雷器可高达上百倍。图 3给出了几类典型避雷器的消能需求对比图，可见混合直流用可控自恢复消能装置的单次能量泄放需求远大于常规避雷器。因此本文所提消能装置的一个关键需要就是要解决高能量避雷器阀片一致性、长期运行可靠性等问题。
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图 3 不同类型避雷器消能对比Figure 3. Energy dissipation requirements comparisons among different types of varistors3) 保护用旁路开关(BPS)。BPS开关用于保护高能量避雷器装置在出现故障时装置和换流器的安全。当控保系统监测到设备异常时，将合闸BPS，之后将故障电流转移至与BPS并联的隔离刀闸。BPS需实现快速合闸，以避免避雷器和换流器等的损坏[15]。
2. 可控自恢复消能装置的研制与试验
2.1 可控自恢复消能装置的参数设计
可控自恢复消能装置在系统运行过程中分为如下3类状态：
1) 正常运行时，控制开关处于断态，上下避雷器均不动作;
2) 暂态工况(雷电、操作)下，上下避雷器均动作，控制开关不动作;
3) 当交直流系统发生短路故障时，VSC子模块电压升高，达到子模块电压保护水平，此时避雷器控制保护系统将发送触发指令至控制开关中的晶闸管及快/慢速机械开关。当接收到开通指令后，晶闸管迅速动作(1ms内开通)并将避雷器可控部分短路，避雷器上端固定部分达到保护水平动作，电流逐渐升高。经过5ms和30ms的合闸时间，快速和慢速机械开关依次导通，因此晶闸管电流逐渐转移至机械开关从而实现晶闸管的关断。当故障恢复后，依次关断快速和慢速机械开关，使避雷器恢复至正常运行状态(即状态1)。图 4为模拟故障期间避雷器各开关的电流波形，图中3.034s晶闸管触发后避雷器固定部分MOA1导通。晶闸管导通经过约5ms后快速机械开关导通，流过晶闸管的部分电流转移至快速机械开关。30ms后慢速机械开关导通，剩余的晶闸管电流逐渐转移至慢速开关最终使得晶闸管闭锁关断。当故障结束后，依次拉开快速和慢速机械开关，最终关断可控自恢复消能装置。
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图 4 故障期间避雷器各开关电流波形Figure 4. Current waveform of arrester switches during fault period可控自恢复消能装置中避雷器的参数设计流程如图 5所示。通过避雷器持续运行电压和荷电率确定消能装置的整体参考电压，通过固定元件保护水平确定固定部分的参考电压上限; 通过故障结束后的荷电率不超过100%决定固定部分的参考电压下限; 根据装置单次吸能情况确定避雷器柱数。
通过大量仿真和反复迭代，最终确定了可控自恢复消能装置避雷技术参数，如表 1所示。
表 1 可控自恢复消能装置完整柱样机参数Table 1. Parameters of controlled arrester prototype序号 项目 整体 固定部分 可控部分 1 额定电压 538kVdc 445kVdc 94kVdc 2 直流参考电压 ≥538kV ≥445kV ≥94kV 3 操作冲击残压 ≤680.9kVp ≤562.9kVp ≤117.8kVp 7 各柱分流系数 ≤1.05 ≤1.05 ≤1.05 8 设计吸收能力 ≥39.255MJ ≥32.461MJ 6.794MJ 可控自恢复消能装置的外形结构如图 6所示，避雷器、快速开关、旁路开关平行布置。混合级联直流系统若采用基于IGBT阀级联的电力电子消能方案，考虑400kV直流母线约720kV的过压水平，若采用型号为4.5kV/3kA的IGBT，约需1000个器件，此外还需要使用大功率电阻等器件; 而采用本方案，主要成本为避雷器费用，无需采用全控IGBT器件，可大大节省设备成本。
2.2 可控自恢复消能装置控制策略
混合直流系统正常运行时，直流控保系统实时检测VSC每个桥臂子模块的平均电压，当平均电压达到保护定值时，站控系统将向消能装置发送动作指令，同时可根据故障类型选择向送端换流站发送移相降功率指令。消能装置收到指令后，快速动作并旁路其可控部分，实现避雷器保护水平的快速降低，进而完成对VSC换流阀的保护。待故障清除、受端交流系统电压恢复、VSC子模块电压恢复后，依次断开消能装置的触发开关K1和K2，消能装置退出运行。
当消能装置中的避雷器能量越限，装置将发送BPS合闸请求至站控系统，站控系统下发指令闭锁VSC换流站、跳开与VSC交流侧相连的交流断路器及合闸BPS，系统停极，完成对消能装置的保护。详细控保配合策略如图 7所示。
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图 7 站控与消能装置控保系统间的配合策略Figure 7. Coordination strategies between the station control and energy dissipation device control systems针对消能装置的能量监测，OCT测量避雷器流过的电流，并将采样数据发送给消能装置控保系统，控保系统根据测量的电流，并根据已知的伏安特性曲线计算出与之对应的电压，然后积分即可得到可控自恢复消能装置吸收的能量，从而实现对能量的持续监视，其计算过程如图 8所示。
3. 混合直流用可控自恢复消能装置的仿真验证
本节通过仿真研究不同故障工况下混合级联直流系统的响应特性，验证所提可控自恢复消能装置对系统中故障态下直流过压的抑制作用。
混合直流系统运行在1+2工况(即受端高端LCC与低端2个VSC运行)时，若发生受端交流系统故障或VSC阀侧接地故障，由故障导致的功率盈余对VSC冲击最大。本文通过研究受端交流故障、VSC阀侧接地故障等最严苛工况下的系统响应，验证所提消能装置的有效性。
仿真中所使用避雷器的阀片配置方案及其伏安特性曲线如图 9所示，其中避雷器固定部分和可控部分均由150柱避雷器阀片并联构成，而固定部分每柱阀片串联数量为86，可控部分避雷器串联数量为18。
3.1 受端网侧交流系统故障
受端交流系统发生短路故障时，受端高端LCC换相失败(即LCC换流器故障)、LCC阀旁通后架空线直流电流对低端VSC换流阀中的电容充电; 另外受端交流故障引起VSC传出功率能力受阻，这两个因素叠加，将导致VSC系统出现过压工况。图 10为受端交流系统在3s发生三相短路故障时，VSC子模块电压的波形图。可以看出，故障后若无任何保护措施，子模块电压将达到4.2kV并可能因此损毁。
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图 10 1+2工况受端交流三相故障时，VSC子模块电压波形Figure 10. Simulation results of the sub-module voltage when there is an AC side three-phase fault考虑使用消能装置抑制子模块过电压(如图 11所示)，3s时交流系统发生故障，3.05s时子模块电容电压大于2.6kV保护定值，此时闭合K开关，消能装置投入保护VSC子模块，可将子模块电压峰值抑制在2.7kV左右(图 11所示)。3.1s时交流系统故障恢复，在检测到系统故障恢复且子模块电压恢复正常值并持续一定时间后，可控自恢复消能装置在3.35s退出运行。在此过程中可控自恢复消能装置消能约190MJ(图 12所示)。
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图 11 可控自恢复消能装置投入后，子模块电压波形Figure 11. Simulation results of the sub-module voltage when the energy dissipation device is activated![]()
图 12 交流三相故障时，避雷器能量波形图Figure 12. Simulation results of the energy needs to be dissipated when there is an AC side three-phase fault3.2 受端VSC换流器阀侧接地故障
当受端VSC阀侧发生故障时(如单相接地故障等)，由于VSC中投入运行的子模块电容对故障点放电，造成VSC桥臂过流。VSC在几个毫秒内因过流而闭锁。此后，故障通路如图 13所示。此时，如果不采取保护措施，对发生故障的VSC换流器，其子模块会过压。
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图 13 阀侧故障时等效电路图Figure 13. Equivalent circuit when there is an AC fault at the converter valve side设定3s时发生阀侧单相短路故障。从图 14可以看出，VSC子模块电容电压最高达5.7kV，大大超过IGBT耐压能力。
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图 14 受端阀侧交流故障时，VSC子模块电压波形Figure 14. Simulation results of the sub-module voltage when there is an AC fault at the converter valve side在使用可控自恢复消能装置后，故障期间VSC子模块的过压情况如图 14所示。3s时系统发生阀侧单相接地故障，3.04s时子模块电容电压大于2.6kV保护定值，此时闭合K开关，消能装置投入保护VSC子模块，子模块电压快速降低至3.3kV左右(图 15所示)。阀侧故障为永久故障，消能装置持续投入运行，送端系统经一定延时后降功率、系统停运。在此过程中避雷器消耗的能量约为185MJ(图 16所示)。
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图 15 可控自恢复消能装置投入后，子模块电压波形Figure 15. Simulation results of the sub-module voltage when the energy dissipation device is activated![]()
图 16 阀侧故障时，避雷器能量波形图Figure 16. Simulation results of the energy needs to be dissipated when there is an AC fault at the converter valve side4. 混合直流用可控自恢复消能装置的实验验证
4.1 动模平台系统配置
为验证消能装置的有效性，本文搭建了含送受端换流器的动模试验平台。该平台为按照一定比例搭建的低电压试验平台，包含所有一次设备和控制保护系统，可真实反映系统特性，电路如图 17所示。其中直流线路模型有19个PI型等效电路串联而成，可准确模拟直流线路的阻抗特性。
送受端换流变压器、换流阀、可控自恢复消能装置等关键参数如表 2所示。
表 2 动模平台参数Table 2. Dynamic simulation platform parameters参数 数值 送端 交流母线电压/V 936.92 换流变变比/V 936.92/216 换流变分接头档位 -5~+19 每档分接头调节范围/% 1.25 6脉动阀组个数/个 4 直流电压/V ±1000 受端 交流母线电压/V 993.64 LCC换流变变比/V 993.64/207.25 换流变分接头档位 -11~+13 每档分接头调节范围/% 1.25 6脉动阀组个数/个 2 VSC换流变变比/V 322/229 VSC单桥臂子模块数(含2个冗余)/个 22 子模块电容/mF 3 可控自恢复消能装置固定部分参考电压/V 559 可控自恢复消能装置可控部分参考电压/V 117 可控自恢复消能装置动模的固定部分和可控部分为特殊定制的金属氧化物电阻片，两部分参考电压的比例与工程实际产品相同。控制开关K为晶闸管，通过触发延时模拟机械开关的合闸时间。可控自恢复消能装置动模整体如图 18所示。
4.2 受端交流系统故障实验验证
当受端交流系统短路故障时，不仅会引起LCC换相失败，而且会引起VSC输出功率下降，功率盈余问题最为严重。此外，受端有多个接入不同交流母线的换流器，虽然位于同一交流电网内，但相互之间具有电气距离，不同的故障位置引起的故障严重程度也不同。因此，混合级联直流的交流系统故障穿越问题比常规特高压直流更为复杂。
本文通过扫描数百种受端交流系统故障类型与故障位置，确定了最严重的交流系统故障，即仅2个VSC投入运行时，在与LCC电气距离最近的VSC交流出线近区发生三相短路故障时，对于混合直流拓扑的故障穿越最为严苛。此时离故障点最近的VSC输出功率降为0，同时LCC因为交流母线电压跌落引起换相失败，其他VSC也因交流母线电压跌落程度的不同导致输出功率不同程度的受限。因此交流系统故障是需要穿越的最严苛的故障，但通过可控自恢复消能装置及时吸收盈余功率，混合级联直流仍可实现故障穿越。
由于交流系统故障导致的盈余功率最多，可控避雷吸收能量也最多。为降低可控自恢复消能装置的吸收能量，在达到可控自恢复消能装置动作定值的同时，向送端发送移相指令，在交流故障清除后，再发出解除移相指令。本文在动模试验平台上验证了最为严苛的三相交流系统短路故障穿越，故障位置位于VSC3的交流出线近区，如图 19所示。图中IDNC为直流电流极线，Usvsc2、Usvsc3、UsLcc依次为VSC2、VSC3和LCC交流侧端电压有效值，Uvsc2为柔直阀直流侧端电压，Psvsc1和Psvsc2分别为流过VSC2和VSC1的有功功率，EARR1为消能装置中避雷器所消纳的能量。
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图 19 受端交流系统三相短路故障试验波形Figure 19. Experiment waveform of three phase short circuit fault at receiving end从图 19可以看出，0.4s发生交流系统三相短路故障后，受端VSC3、VSC2和LCC的交流母线电压分别下降至0、0.75pu、0.81pu。同时，LCC发生换相失败，直流电流升高且VSC2功率降至0，VSC直流电压也同时开始上升至530kV。0.45s时可控自恢复消能装置达到动作定值，开关K合闸，将直流电压限值在530kV，并开始吸收盈余功率。
0.47s时送端开始移相，直流电流降为0，可控自恢复消能装置不再吸能，可见移相策略对降低可控自恢复消能装置能量有巨大作用。0.56s时交流故障恢复且VSC直流电压恢复正常，随后送端解除移相，直流功率恢复，故障穿越成功。
5. 结论
混合级联型特高压直流输电技术兼具传统直流输电和柔性直流输电的优点，有效扩展了直流输电系统的适用范围，已经成为未来大规模、远距离、大容量输电的一个发展方向。本文主要完成了如下几点工作：
1) 提出了用于提升混合级联直流系统的暂态特性的可控自恢复消能装置在系统中的配置方案。
2) 提出了一种基于避雷器消能的大容量可控自恢复消能装置并根据理论和实践经验给出了其具体的技术设计方案和详细参数。
3) 完成了可控自恢复消能装置提升混合混合级联直流系统的暂态特性效果的离线暂态仿真。
4) 搭建了混合直流用可控自恢复消能装置动模实验仿真平台，并基于动模平台验证了消能装置消纳交流系统故障时系统盈余功率的有效性。
附录A
A1 受端换流站主回路参数A1. Parameters of the main loop of the converter station at the receiving end设备参数 数据 IGBT额定电压 4.5kV IGBT额定电流 3kA 子模块平均工作电压 2kV 单个桥臂子模块个数(不含冗余) 200 冗余度 8% 子模块电容 18mF A2 受端高端LCC换流变压器参数A2. Parameters of high end LCC converter transformer换流变绕组 线路侧绕组 阀侧绕组 Y/△ Y △ 额定相电压(分接头为0) /kVrms 294.45 92.67 160.51 最大稳态相电压/kVrms 303.11 99.18 171.79 额定容量(SN2w) /MVA 378.4 378.4 378.4 分接头档位数 +24/-6 分接头调节步长/% 1.25 在额定分接头(0)时的阻抗/% 18 换流变相对感性压降最大误差/% ±1 A3 受端低端VSC换流变压器参数A3. Parameters of low end VSC converter transforme换流变压器 网侧绕组 阀侧绕组 联结组别 Y0 △ 额定相电压(分接头0) /kV 510/ √3 181.6 每台变额定容量/MVA 375 分接头调节范围 分接头最高档位数 13 分接头最低档位数 -6 分接头调节步长/% 1.25 额定分接头(0)阻抗/% 16 换流变相对感性压降最大误差/% ±1 -
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图 3 不同类型避雷器消能对比
Figure 3. Energy dissipation requirements comparisons among different types of varistors
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图 4 故障期间避雷器各开关电流波形
Figure 4. Current waveform of arrester switches during fault period
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图 7 站控与消能装置控保系统间的配合策略
Figure 7. Coordination strategies between the station control and energy dissipation device control systems
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图 10 1+2工况受端交流三相故障时，VSC子模块电压波形
Figure 10. Simulation results of the sub-module voltage when there is an AC side three-phase fault
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图 11 可控自恢复消能装置投入后，子模块电压波形
Figure 11. Simulation results of the sub-module voltage when the energy dissipation device is activated
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图 12 交流三相故障时，避雷器能量波形图
Figure 12. Simulation results of the energy needs to be dissipated when there is an AC side three-phase fault
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图 13 阀侧故障时等效电路图
Figure 13. Equivalent circuit when there is an AC fault at the converter valve side
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图 14 受端阀侧交流故障时，VSC子模块电压波形
Figure 14. Simulation results of the sub-module voltage when there is an AC fault at the converter valve side
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图 15 可控自恢复消能装置投入后，子模块电压波形
Figure 15. Simulation results of the sub-module voltage when the energy dissipation device is activated
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图 16 阀侧故障时，避雷器能量波形图
Figure 16. Simulation results of the energy needs to be dissipated when there is an AC fault at the converter valve side
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图 19 受端交流系统三相短路故障试验波形
Figure 19. Experiment waveform of three phase short circuit fault at receiving end
表 1 可控自恢复消能装置完整柱样机参数
Table 1 Parameters of controlled arrester prototype
序号 项目 整体 固定部分 可控部分 1 额定电压 538kVdc 445kVdc 94kVdc 2 直流参考电压 ≥538kV ≥445kV ≥94kV 3 操作冲击残压 ≤680.9kVp ≤562.9kVp ≤117.8kVp 7 各柱分流系数 ≤1.05 ≤1.05 ≤1.05 8 设计吸收能力 ≥39.255MJ ≥32.461MJ 6.794MJ 
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表 2 动模平台参数
Table 2 Dynamic simulation platform parameters
参数 数值 送端 交流母线电压/V 936.92 换流变变比/V 936.92/216 换流变分接头档位 -5~+19 每档分接头调节范围/% 1.25 6脉动阀组个数/个 4 直流电压/V ±1000 受端 交流母线电压/V 993.64 LCC换流变变比/V 993.64/207.25 换流变分接头档位 -11~+13 每档分接头调节范围/% 1.25 6脉动阀组个数/个 2 VSC换流变变比/V 322/229 VSC单桥臂子模块数(含2个冗余)/个 22 子模块电容/mF 3 可控自恢复消能装置固定部分参考电压/V 559 可控自恢复消能装置可控部分参考电压/V 117
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A1 受端换流站主回路参数
A1 Parameters of the main loop of the converter station at the receiving end
设备参数 数据 IGBT额定电压 4.5kV IGBT额定电流 3kA 子模块平均工作电压 2kV 单个桥臂子模块个数(不含冗余) 200 冗余度 8% 子模块电容 18mF
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A2 受端高端LCC换流变压器参数
A2 Parameters of high end LCC converter transformer
换流变绕组 线路侧绕组 阀侧绕组 Y/△ Y △ 额定相电压(分接头为0) /kVrms 294.45 92.67 160.51 最大稳态相电压/kVrms 303.11 99.18 171.79 额定容量(SN2w) /MVA 378.4 378.4 378.4 分接头档位数 +24/-6 分接头调节步长/% 1.25 在额定分接头(0)时的阻抗/% 18 换流变相对感性压降最大误差/% ±1
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A3 受端低端VSC换流变压器参数
A3 Parameters of low end VSC converter transforme
换流变压器 网侧绕组 阀侧绕组 联结组别 Y0 △ 额定相电压(分接头0) /kV 510/ 181.6 每台变额定容量/MVA 375 分接头调节范围 分接头最高档位数 13 分接头最低档位数 -6 分接头调节步长/% 1.25 额定分接头(0)阻抗/% 16 换流变相对感性压降最大误差/% ±1
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