1、国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司张北直流电网关键装备技术研究及应用汇报提纲国家电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司一、张北工程概况二、关键设备研制三、技术经济性浅谈四、总结与展望国家电网S T A T E G R I D工程背景南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司张家口规划建设大型可再生能源基地，已开发和规划开发的装机规模巨大，2 0 2 0 年新能源规模将达到2 0 0 0 0 M W,2 0 3 0 年将达到5 0 0 0 0 M W。2、现有问题张家口地区本地负荷小，无法消纳大规模新能源。张家口电网位于交流主网末端，现有网架输送容量不足。应对挑战 具有间歇性、波动性的大规模新能源友好并网与稳定输送。汇集和输送大规模风电、光伏、抽蓄等多种形态能源。x 采用传统交流输送：损耗大，需无功补偿；大规模新能源波动影响主网稳定性，导致大量弃风、弃光。x 采用常规直流输送：送端电网需具有较强电压支撑能力；输送功率需长期保持稳定。解决方案：采用柔性直流来构建直流电网张北柔性直流工程总体情况张北柔性直流工程国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司工程规划：近期采用四端柔性直流环网，远3、期规划为七端环网；通过张北、康保两换流站汇集当地新能源；通过丰宁换流站接入当地抽水蓄能，平抑新能源功率波动；通过北京换流站接入北京电网，为北京提供清洁电力。康保直流断路器1 5 0 0 M W风电A C 5 0 0 k VV S Cv s C H2 0 5,9 0 k m丰宁张北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张北特高压 工程特点与技术优势：柔直技术实现G W 级新能源开发与外送：高效、灵活、稳定；直流架空线输电：远距4、离、大容量、低成本；配置直流断路器构建直流电网：可靠性高，扩展性好；多种形态能源灵活互补：有效平抑新能源波动性，降低对送、受端电网影响。北京站张北站康保站丰宁站额定电压(k V)5 0 05 0 05 0 05 0 0额定功率(M W)3 0 0 03 0 0 01 5 0 01 5 0 0额定直流电流(A)3 0 0 03 0 0 01 5 0 01 5 0 0桥臂有效值2 1 0 02 1 0 01 0 5 01 0 5 0电流(A)峰值3 6 1 13 6 1 11 8 0 61 8 0 61国家电网S T A T E G R I D技术挑战南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南理售团中由善5、瑞科技有限公司 首个直流电网工程设计世界上首次开展柔性直流电网工程建设，原有的电网规划、网架构建、系统设计等技术无法完全适用；交直流混联系统的能量交换、故障机理、稳定性规律和控制方法等与现有系统相比有本质性变化，需要新的理论和技术支撑。基于架空线的柔性直流故障快速检测与开断采用架空线后，雷电、大风等自然灾害会经常造成直流电网的暂时性故障，必须要实现线路的快速、可靠的故障清除；直流电网故障发展与蔓延速度快，故障的检测和隔离必须在数个毫秒内完成，需要全新的保护理念和方法。高电压大容量的核心设备研制与可靠性提升与之前柔直换流设备相比，张北工程的换流器运行和故障电流、电压等级、功率密度均有较大提升，对6、设备的绝缘、损耗、散热、结构设计带来极大挑战，需要全新的设计理念；全新的直流电网架构、更高的电压等级和开断容量，对直流断路器的设计提出了更高的要求；大规模新能源并网对耗能装置提出了更高要求。5关键设备国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司基于系统方案，综合考虑了各种工况下设备的多种应力要求，开展并完成了换流阀、直流断路器、控制保护、交流耗能装置、换流变等关键设备的设计、研制、测试柔直换流阀：3 0 0 0 M W 换流站换流阀桥臂最大持续热电流2 2 5 0 A m s,闭锁后最大耐受暂态电流2 5 k A;直流断路器：采用三种技术路线，分别为：混合式、负压7、耦合式和机械式，开断能力均不低于2 5 k A/3 m s;耗能装置：交流耗能装置每组3 7 5 M W,张北站配置8 组，康宝站配置4 组，通过电力电子开关在1 m s 内快速投切；换流变：单相双绕组换流变，3 0 0 0 M W 换流站单台换流变容量5 6 7 M W,1 5 0 0 M W 换流站单台换流变容量2 8 4 M W。柔直换流阀三种直流断路器拓扑换流变耗能装置国家电网S T A T B G R I D汇报提纲南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司一、张北工程概况二、关键设备研制三、技术经济性浅谈四、总结与展望关键设备研制5 0 0 k V 柔直换流阀国家8、电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司5 0 0 k V 直流断路器85 0 0 k V 柔直换流阀工程需求口 架空线组网：需要换流阀耐受直流侧入侵的暂态过电压和幅值较高的短路浪涌电流。口 短路电流耐受：北京站换流阀闭锁前耐受最大暂态电流6 k A,闭锁后2 5 k A。技术特点口 额定电压：5 3 5 k V;口 额定直流电流：3 0 0 0 A;口 全数字化状态监控；口 动态电压均匀分布技术；口 纳秒级高速I G B T 驱动与短路保护技术；口 毫秒级阀控制保护链路专用通道；口 高可靠性、长寿命、低噪声。阀基控制设备(V B C)9、国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司换流阀塔柔直换流阀-电气拓扑国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司口 换流器采用模块化多电平(M M C)拓扑。口 子模块为半桥拓扑：主要部件有I G B T 模块、直流电容器、均压电阻、门极驱动单元、散热器、晶闸管、旁路开关和子模块控制器等。子模块TD?i T?M m|CD?U?M M C 阀相单元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 单相等效示意图(b)相电压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)相电压所对应的桥臂电压波形1 0柔直换流阀-子模块国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司元器件选型口 直流电容：抑制电压波动、绝缘耐热、承受故障电流、阻燃、体积小；I G B T:通流能力优、驱动能耗低、失效短路模式；口 保护晶闸管：低通态压降、大电流承受能力、断态和反向电压承受能力；口11、 旁路开关：合闸时间短、额定电流和短时耐受电流承受能力；口 均压电阻：绝缘稳定、电阻值误差小、温升时降容小。I G B TGRC.结构设计口 子模块布局：分成若干独立功能单元，合理布局，最大程度的节省布置空间；口 分区隔离设计：控制板卡高度集成，合理利用空间；口 双母排设计：减少母排安装空间；口 小碟簧设计：减少I G B T 压接单元及晶闸管压接单元尺寸。1 1柔直换流阀-阀塔口 空气绝缘、水冷却的立式I G B T 阀口 考虑电磁场分布、绝缘间距、质量分布、冷却散热、光纤布线、兼顾机械强度、安装及检修等因素，实现结构综合优化。项目阀基类型换流阀特点支撑式布置型式双列式每桥臂阀塔数2阀塔层数12、4阀顶端对地S W L(上桥臂阀-极母线侧)1 3 0 0 k V阀顶端对地L I W L(上桥臂阀-极母线侧)1 5 5 0 k V国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司1 2柔直换流阀-应力设计口 电气应力设计：基于子模块设计、结构布置、绝缘配合等因素，优化了换流阀表面电场分布；口 机械应力设计：搭建了阀塔主结构的有限元模型，完成了主结构承重应力分析，槽梁，绝缘子等关键部件安全系数达6 倍以上；口 地震应力设计：针对9 级烈度抗震要求，完成了阀塔建模与抗震分析，最大应力在绝缘子根部，安全系数在4 倍以上。2a d57 N e空13、气间隙电场分布(阀层)t4 0 1换流阀应力分析国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司空气间除电场分布(中心线)地震应力分析1 3柔直换流阀-阀控系统国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司口 采用多层面桥臂电流平衡控制策略及阀级电压平衡高速(微秒级)脉冲分配算法，有效抑制了M M C 固有的环流和功率振荡；口 采用了软测量技术，对子模块开关频率、电容值等关键信息进行实时监视。技术特点口 分层分级协调控制架构；硬件完全冗余设计、主从热备用；V B C-P C P 通信周14、期为1 0 0 s ;口 控制周期5 0 s;环流分量小于额定电流的3%;口 子模块电容电压不平衡度5%;口 3 级保护策略及快速过流保护机制。P C P测量系统有功量控制无功量控制监视与保护桥臂参考波发生000的o00000?00001 名g0思象00的30调制电压电流平衡控制子模块投切控制子模块监视保护S M)S MMI G B T 驱动晶闸管驱动旁路开关驱动子模块控制保护极控制保护设备阀控V B C换流阀设备1 4柔直换流阀-型式试验试验类型试验对象试验项目直流耐压试验交流耐压试验绝缘试验阀支架操作冲击耐压试验雷电冲击耐压试验陡波冲击耐压试验断路器开断冲击试验阀端间交直流耐压试验湿态直流15、耐压试验最小直流电压试验运行试验阀模块最大持续运行负荷试验I G B T 过流关断试验短路电流试验抗电磁干扰试验(常规)抗电磁干扰试验(附加)国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司拉合刀闸试验结合厦门、渝鄂等柔性直流工程的项目实施经验，考虑引入直流断路器的新增工况，设计了拉合刀闸的换流阀抗电磁试验，完成了电磁兼容能力综合验证。1 5国家电网S T A T E G R I D柔直换流阀-阀控R T L A B 试验南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司古售中中非偿孙士左阳公曰口 微秒级复现及模拟多端网络，完成了典型工况下总计1 2 4 916、 项控制保护功能的可靠验证；口 重点针对自主均压、环流抑制、子模块电压平衡等主要功能进行验证。试验类型设备硬件检查试验内容外观检查，供电检查通讯测试内外部接口试验，通信内容试验控制逻辑与控制性能系统启停，自主均压，稳态运行，电压平衡，桥臂电流抑制，动态子模块策略，P C P指令、时序异常，系统切换性能，子模块开关频率，子模块旁路处理功能，机箱板卡异常等测试大型交直流系统模型晶闸管触发测试P C P 下发触发，V B C 自主触发V B C 全局故障保护逻辑测试请求切换异常、闭锁保护、过流保护、过压保护等机箱电源故障试验集中控制保护机箱等电源故障阀控其他功能测试漏水监测，软件复归，黑模块，链路延17、迟等实时数字仿真系统1 6关键设备研制5 0 0 k V 柔直换流阀国家电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司5 0 0 k V 直流断路器1 7张北工程直流断路器概述直流断路器作用及优势口 快速分断直流系统短路电流，限制短路电流峰值；口 实现选择性保护，避免局部故障引发的换流站闭锁，提高直流电网运行可靠性，非常适用于架空线路高压直流输电。技术路线台数换流站机械式直流断路器2丰宁站2 台负压耦合式直流断路器2康保站2 台混合式直流断路器1 2北京站4 台张北站4 台康保站2 台丰宁站2 台国家电网S T A T B G R I D南瑞18、集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司张北直流断路器技术参数额定电压：5 3 5 k V额定电流：3 k A最大运行电流：3.3 k A分断电流：2 5 k A K 3 m s4 端张北柔直电网1 6 台直流断路器3 种直流断路器技术路线1 85 0 0 k V 机械式直流断路器国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司机械式直流断路器通态下依靠机械开关导通电流，通态损耗小。分断过程通过预充电电容放电，产生振荡电流，主支路快速机械开关在电流过零点分断，但振荡电流会导致机械开关触头烧蚀，且振荡电路用L C 体积相对较大19、。快速机械开关储能电容振荡电感M Y YCL转移支路触发开关卑I G C TM O VM O VM O V机械式直流断路器分断原理：正常运行时，直流电流通过主支路机械开关通流；当直流断路器收到跳闸指令之后，主支路机械开断分闸同时触发转移支路I G C T,预充电电容C 与电感L 产生高频振荡电流，与主支路电流叠加后产生人工过零点，主支路分断故障电流转入转移支路，并对电容充电；待储能电容电压达到M O V 动作电压后，故障电流转入耗能支路，M O V 将电流限制到零，开断完成。1 95 0 0 k V 负压耦合式直流断路器国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司20、南瑞集团中电普瑞科技有限公司负压耦合式直流断路器正常运行时同样依靠机械开关导通电流，通态损耗小。分断过程通过负压耦合电路内部预充电电容放电，产生反向电流，主支路快速机械开关在电流过零点断开，最终依靠转移支路电力电子器件分断直流电流。因预充电电容电压方向固定，快速机械开关设计难度大。快速机械开关负压耦合电路转移支路电力电子开关中卑M O VM O VM O V负压耦合式直流断路器分断原理：正常运行时，主支路机械开关导通；接到分闸指令后，快速开关分闸，转移支路电子开关导通；负压耦合电路导通后，电容放电产生振荡电流，与主支路电流叠加后产生人工过零点，主支路分断，故障电流转入转移支路；转移支路I G 21、B T 模块闭锁，待模块电容电压达到M O V 动作电压后，故障电流转入耗能支路，M O V 将电流限制到零，开断完成。2 05 0 0 k V 混合式直流断路器国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司混合式直流断路器通过主支路I G B T 模块强制换流，使快速机械开关无弧分断，无触头烧蚀问题，但主支路I G B T 长期通流，需配置水冷系统。快速机械开关主支路电力电子开关卑转移支路电力电子开关卑卑M O VM O V混合式直流断路器M O V分断原理：正常运行时，主支路机械开关和主支路电子开关通流；收到跳闸指令，转移支路I G 22、B T 导通，主支路I G B T 模块闭锁，电流流入转移支路，此时主支路快速机械开关零电压、零电流分断；快速机械开关达到设定开距后，转移支路I G B T 闭锁；待模块电容电压达到M O V 动作电压后，故障电流转入耗能支路，M O V 将电流限制到零，开断完成。2 15 0 0 k V 混合式直流断路器关键组部件国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司用于在各种暂稳态工况下实现直流5 0 0 k V高电位供能，绝缘及均压设计难度高。供能变压器用于吸收系统短路容量，均压均流设计难度大。用于主支路I G B T散热，绝缘及可靠性要求23、高。水冷系统混合式直流断路器整机用于正常通流以及故障电流转移后形成断点，在极短时间内分断并耐受高电压，设计难度大。快速机械开关采用模块化设计，用于电流转移和分断，短时电流耐受要求高。电力电子组件断路器控保装置用于监测直流断路器电气、机械、冷却系统和供能系统状态等信息，实时性要求高。2 2直流断路器-快速机械开关国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司快速机械开关单断口一次电流弹簧触指触头座保持机构缓冲装置口采用1 0 个真空断口串联设计，串联不均压系数小于1 0%;口分断2 m s 能够耐受9 2 0 k V 电压，分断速度快；口分24、闸动作时间偏差小于0.2 m s,一致性高；口 控制系统采用冗余设计，本体采用液压缓冲、双稳态弹簧保持装置，保障5 0 0 0 次以上动作寿命，可靠性高。快速机械开关结构原理图2 3直流断路器-电力电子模块主支路电力电子模块口主支路电力电子开关采用4 5 0 0 V/3 0 0 0 A 压接型I G B T。整体采用多串多并式结构，每个模块配一个旁路开关用于后备保护。口主支路I G B T 配置循环水冷却系统。国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司转移支路电力电子模块口 转移支路电力电子开关采用4 5 0 0 V/3 0 0 0 25、A 压接型I G B T。口转移支路半导体组件采用二极管全桥模块串联设计，整体为模块化、阵列式分层布置结构。2 4直流断路器-供能系统层间隔离变压器单元顶层均压环压器输出端1 C C K V 隔离变板卡板卡压羽容器柱继缘子屏蔽罩斜拉绝缘子板卡板卡变压输入端康座底部5 0 0 k 变压器环形电流互感器国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司 供能系统整体呈树形分布，负载有：主支路、转移支路半导体组件内部I G B T 控制板；主支路快速机械开关控制柜。口 供能系统特点：断路器塔下及层间供能变压器均采用干式变压器多级串联结构，通过阻容均26、压将高电压平均分配给各级变压器；配合分布式环形电流互感器，可以有效对各级负载进行隔离供电，同时无油、无S F?气体，可靠性高。2 5国家电网S T A T E G R I D直流断路器-控制保护系统南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司口 控制功能：完成直流断路器快速分闸、合闸及重合闸功能。口 保护功能：检测直流断路器的运行信息，发出直流断路器的过流、冗余丢失、冷却装置故障等快速保护命令。保护类别保护功能保护层三取二层保护系统1(B P R I)保护系统2(B P R 2)保护系统3(B P R 3)三取二1(B 2 F _ 1)三取二2(B 2 F _ 2)主控单元A(27、B C U _ A)主控单元B(B C U _ B)本体过流保护三取二架构本体过流保护功能主支路过流保护转移支路过流保护合闸过流保护组部件冗余保护功能快速机械开关冗余保护主支路电力电子开关冗余保护转移支路电力电子开关冗余保护控制系统冗余保护辅助设备保护功能冷却系统故障保护供能系统故障保护2 6直流断路器-监视系统国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司口 监视功能：监视各支路电流、快速机械开关、I G B T 模块、M O V 组件、水冷系统、供能系统等关键设备的运行状态，用于实现后台记录、显示及故障诊断等功能。供能变压器M O V28、 组件水冷系统快速机械开关旁路开关监视功能主/转移支路I G B T 组件光C T断路器控保装置监视设备监视内容快速机械开关控制板状态；开关状态；储能电容状态；操作计数；通信状态；主转移支路I G B I 模块控制板状态；I G B T 状态；驱动板状态；通信状态；主支路旁路开关控制板状态；开关状态；储能电容状态；通信状态；M O V 组件击穿故障；动作次数；水冷系统水压、水流量、通信状态供能系统U P S 工作状态；输入输出监视；供能变温度；各支路电流主转移支路、耗能支路电流大小2 7直流断路器-型式试验序号试验对象试验项目直流电压耐受及局放试验1操作冲击试验2断路器支架对地雷电冲击试验3直29、流暂时耐压试验4直流电压耐受试验5断路器端间操作冲击试验6湿态直流耐压试验8主支路最大连续运行电流试验9主支路过负荷电流试验1 0主支路主支路短时电流耐受试验1 1开断电流试验1 2快速机械开关动态耐受试验1 31 4转移支路短时电流耐受试验转移支路开断电流试验1 5小电流开断试验1 6额定电流开断试验1 7断路器整机短路电流开断试验1 8额定电流关合试验1 92 0重合闸试验国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司3 70 i i t/L 6冗余丢失情况下直流断路器分断2 5 k A 电流试验波形为验证直流断路器设备极端运行情况下30、短路电流分断能力，开展了直流断路器冗余丢失开断试验。在主支路快速机械开关、主支路和转移支路电力电子模块的冗余组件均短接情况下，直流断路器在2.6 m s 内成功分断2 5 k A 电流。2 8汇报提纲国家电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司一、张北工程概况二、关键设备研制三、技术经济性浅谈四、总结与展望2 9国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司方案一全桥M M C(或混合M M C)+直流机械开关方案方案二半桥M M C+直流断路器维度系统运行特性核心技术设备直流故障31、穿越(针对架空线路高故障率)与L C C-H V D C 兼容性(针对远距离大容量)关键技术设备研发设备综合造价口 张北工程为基于架空线的柔性直流电网，针对两类方案，从系统运行特性和核心技术设备两个维度进行简要的技术经济性比较。3 0系统运行特性口 直流故障穿越系统动作时序造成全网功率中断国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司举例1:系统中某条直流线路发生暂时性故障全桥M M C 或混合M M O)+直流机械开关闭锁故障穿越无闭锁故障穿越半桥M M C+直流断路器故障清除阶段故障识别、定位与闭锁(或降压)(6-1 0 m s)(全32、部换流站闭锁)(全部换流站降低直流电压至0)(无换流站闭锁)直流侧开关断开(约3 m s)(故障线路开断)系统恢复阶段直流侧开关闭合(约3 m s)(故障线路重合闸)换流器解锁+功率恢复(约1 0 0-1 0 0 0 m s)(全部换流站解锁并从0 恢复直流电压和功率)(全部换流站从恢复直流电压和功率)合计最短时间(不包含故障持续时间和去游离时间)约1 0 6 m s约1 0 6 m s约1 2 m s3 1系统运行特性口 直流故障穿越系统动作时序造成全网功率中断国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司举例2:系统中某条直流线路发生33、永久性故障全桥M M C 或混合M M O)+直流机械开关闭锁故障穿越无闭锁故障穿越半桥M M C+直流断路器故障清除阶段故障识别、定位与闭锁(或降压)(6-1 0 m s)(全部换流站闭锁)(全部换流站降低直流电压至0)(无换流站闭锁)直流侧开关断开(约3 m s)(故障线路开断)(故障线路开断)(故障线路开断)系统恢复阶段直流侧开关闭合(约3 m s)换流器解锁+功率恢复(约1 0 0-1 0 0 0 m s)(全部换流站解锁并从0 恢复直流电压和功率)(全部换流站从0 恢复直流电压和功率)合计最短时间(不包含故障持续时间和去游离时间)约1 0 9 m s约1 0 9 m s约9 m s334、 2系统运行特性口 直流故障穿越故障影响范围国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司全桥M M C(或混合M M C)+直流机械开关横向对比半桥M M C+直流断路器故障期间非故障线路多端直流系统所受影响站1站2站2站1系统节点持续进行功率输送站3站3非故障线路x 非故障线路纵向对比功率节点x 功率节点功率节点受故障线路影响站1站2站1站2直流电网站4站4站3站3x 非故障线路非故障线路功率节点非故障线路不中断功率输送功率节点3 3国家电网S T A T B G R I D系统运行特性南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞35、科技有限公司口 与L C C-H V D C 兼容性分析运行降压/半压单阀组直流故障电流无闭锁潮流反转模式运行在线投退故障穿越阳断能力电压不变电流基于架空线的柔直系统通常应用于远距离大容量输电场景，必要时可能需配合L C C 形成混合直法玄位闭锁后无故通过控制直流外特性直流电压0-1 p.u.连续调节反向或电流不障电流通路电压稳定为0变电压反向直流电压最大反直流变口口系统运行特性小结：;召口 当直流系统节点数较少、架构较为简单时，两种方案均具有一定的适用性；口 当直流系统节点数较多、潮流路径具有冗余时，建议采用直流断路器应对直流侧故障；口 当系统中涉及到同L C C 的协同运行时，建议换流阀采36、用全桥型M M C(或比例适当的子模块混合型M M C)。容 张北工程为四端环状电网，且所有节点均为柔直换流阀，从系统运行特性方面对比，半桥M M C+直流断路器方案更具优势。3 4核心技术设备国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司相关核心技术设备方案一：全桥M M C(或混合M M C)+直流机械开关方案二：半桥M M C+直流断路器换流装置5 0 0 k V 全桥M M C 换流阀或混合M M C换流阀5 0 0 k V 半桥M M C 换流阀直流开断装置5 0 0 k V 快速直流机械开关5 0 0 k V 直流断路器控制保37、护技术全桥或混合M M C 控制与保护技术直流电网超高速保护技术3 5核心技术设备国家电网S T A T E G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司口 张北工程采用四端环网对称双极接线方式，断路器配置为简化单母线接线口 系统中共需要5 0 0 k V 换流阀8 台，直流断路器1 6 台*以张北系统参数为例开关器件与储能元件所需I G B T 器件：方案-(以纯全桥为例):研发周期与相关配件采用方案二将需要从基础理论T 工T T 山c o n L 亡N C n 6系统拓展系统艺占数不变情况下 每增核心技术设备小结：口 方案二中直流断路器作为全新的复杂设备，其研38、发成本和造价较高，进而导致方案二的整体成本较高。万染一与刀杀二阴用数里但问流机械开关。3 6汇报提纲国家电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司一、张北工程概况二、关键设备研制三、技术经济性浅谈四、总结与展望3 7总结与展望国家电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司全桥或混合M M C 方案可实现远距离大容量输电需求下的L C C 协同运行，在综合设备造价方面具有明显优势；直流断路器在复杂电网结构下应对直流故障更具技术优势；对于张北这一多端环网工程，半桥M M C+直流断路器方案更具技术优势，但成本较高；张北工程5 0 0 k V 柔直换流阀和直流断路器等关键设备均为国际首创，带动相关领域装备制造业技术发展与进步；张北工程计划于2 0 1 9 年1 2 月投运，工程的建成，对促进能源转型与绿色发展、服务北京低碳绿色冬奥会、推动高压柔直装备技术创新等具有重大意义!3 8国家电网S T A T B G R I D南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司谢 谢!